CN106521432B - 一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法 - Google Patents
一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106521432B CN106521432B CN201510570650.4A CN201510570650A CN106521432B CN 106521432 B CN106521432 B CN 106521432B CN 201510570650 A CN201510570650 A CN 201510570650A CN 106521432 B CN106521432 B CN 106521432B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron nitride
- cubic boron
- nitride micro
- powder granule
- micro powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 129
- 239000008187 granular material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000006263 metalation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 37
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 17
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 15
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 69
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 55
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 9
- 235000019580 granularity Nutrition 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000012946 outsourcing Methods 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017313 Mo—Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000551 Silumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000009703 powder rolling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，属超硬材料应用领域。采用物理气相沉积法在立方氮化硼微粉颗粒表面镀膜，在物理气相沉积设备的靶材室装入金属或合金阴极靶材，然后将立方氮化硼微粉放入滚筒式沉积台；关闭镀膜室门，设定气相沉积参数，进行物理气相沉积镀膜；将镀膜后的立方氮化硼微粉在真空热处理炉中进行热处理，即得到表面金属化改性的立方氮化硼颗粒粉体。本发明方法适用材料范围广、操作简便、环境友好、能耗低，所镀涂层均匀完整，不易脱落，可实现规模化生产。表面金属化改性后的cBN微粉颗粒热稳定性和化学稳定性提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，属超硬材料应用领域。
背景技术
金刚石和立方氮化硼是已知的自然界最硬的两种材料，人们将它们归类为超硬材料。立方氮化硼是硬度仅次于金刚石的材料，其减磨耐磨性，热稳定性，对黑色金属的化学惰性等都优于金刚石，因而工业应用越来越广泛。
近年来现代加工制造业的发展对切削刀具提出了更高的要求，尤其是一些难加工材料(如镍基合金、钛合金、淬硬钢，高硅铝合金等)的高效高精度加工已经超出了一般加工刀具的能力范围，所以超硬、高耐磨、耐冲击、抗崩刃、能适应高速高温加工的切削刀具受到使用者的欢迎；将高温高压条件下获得的聚晶立方氮化硼切割、研磨加工、钎焊而成的超硬切削刀具迎合了市场的这一需求，成为高效高精度加工难加工材料的首选工具；聚晶立方氮化硼超硬切削刀具的出现也将高速切削刀具提高到一个更高的标准。然而昂贵的价格和简单的刀具形状使得聚晶立方氮化硼超硬切削刀具难以大量应用，故将超硬立方氮化硼材料作为颗粒添加剂或涂层与传统硬质合金刀具相结合是现代硬质合金的重要发展方向之一。
然而立方氮化硼作为超硬颗粒添加剂与传统硬质合金刀具相结合面临着极大的挑战：陶瓷性的立方氮化硼超硬颗粒不被硬质合金中的Co基金属粘结相润湿，反而易被液态Co金属粘结相熔蚀，破坏其结构和性能；在常规硬质合金的液相烧结温度(≥1400℃)下，立方氮化硼会向低硬度的六方氮化硼发生相转变；直接将立方氮化硼颗粒与硬质合金相结合难以实现硬质合金的改性。因此要想通过添加超硬立方氮化硼颗粒材料使硬质合金的性能得到提高，应先对立方氮化硼颗粒进行表面金属化改性，将立方氮化硼颗粒热稳定温度提高到1400℃。
超硬粉体的表面金属化改性在国内外已有一些研究，然而都是针对较粗粒度的超硬粉体：现有表面金属化改性的立方氮化硼颗粒的粒度一般在10μm以上，主要用于石材加工工具、石油和天然气勘探开采钻具、矿用和建筑工程工具和聚晶立方氮化硼切削刀具等领域，改性方法也仅限于用化学方法进行表面金属化改性；而用于制备立方氮化硼与硬质合金复合切削刀具的立方氮化硼微粉的粒度小于3.0μm，通过物理气相沉积方法(磁控溅射或射频溅射)进行立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的研究开发与应用未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提出一种使立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的物理气相沉积方法，利用物理气相沉积方法解决超硬立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性这一难题。
本发明的具体实施方法是通过以下方式实现的：立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的原料如下：立方氮化硼微粉颗粒，粒度小于或等于3.0μm；碳化钨粉，粒度0.2～0.5μm；钴粉，粒度0.2～3.0μm。
本发明的立方氮化硼(cBN)微粉颗粒表面金属化改性方法，包括：1)物理气相沉积镀膜：采用物理气相沉积(磁控溅射或射频溅射)法在立方氮化硼微粉颗粒表面镀金属膜，镀膜过程主要包括：设定物理气相沉积过程参数，将立方氮化硼微粉装入滚筒式沉积台，然后进行物理气相沉积镀膜，时间依具体情况而定；2)真空热处理：镀膜后将微粉颗粒真空热处理；3)滚动球磨混合：与硬质合金粉体混合球磨。
一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，包括以下步骤：
(1)采用物理气相沉积法在立方氮化硼微粉颗粒表面镀膜，在物理气相沉积设备的镀膜室装入金属或合金阴极靶材，然后将立方氮化硼微粉放入滚筒式沉积台；关闭镀膜室门，设定气相沉积参数，进行物理气相沉积镀膜；
(2)将镀膜后的立方氮化硼微粉在真空热处理炉中进行热处理，即得到表面金属化改性的立方氮化硼颗粒粉体。
本方法在采用物理气相沉积法在立方氮化硼微粉颗粒表面镀膜前，还可包括将立方氮化硼微粉先进行颗粒表面洁净处理的步骤。
本发明方法中，采用的立方氮化硼微粉的费氏粒度≤3.0μm。放入立方氮化硼微粉的重量可为50～1500g。
所述的阴极靶材可为一种或多种金属，优选为金属钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、铝(Al)单质或其合金。阴极靶材均采用圆形平面靶材，直径尺寸为50～150mm。
物理气相沉积法包括磁控溅射法和射频溅射法。其中，阴极靶材为导电磁性金属，如钨、钼、钛等时，选择采用直流电源磁控溅射法；阴极靶材为导电非磁性金属，如镍、铝等时，采用交流电源射频溅射法。
所述的物理气相沉积设备包括真空系统、镀膜室、溅射靶材阴极(数量可为2～4个)、两端开口的滚筒式沉积台、振动系统、供气系统、水冷系统以及控制系统等。
物理气相沉积过程的参数可优选设定为：预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，镀膜过程中溅射气压设定在0.1～10Pa；样品加热温度为100～400℃；靶材功率密度范围为5～30W/cm2；滚筒式沉积台的转速为12～50r/min；振动系统的振动频率为10～50Hz；镀膜时间为0.5～20h，时间可依具体情况而定。
所述的阴极靶材可为一种或多种靶材；当阴极靶材为一种金属或合金靶材时，立方氮化硼微粉颗粒表面的金属膜层为单层镀膜；当阴极靶材为两种以上不同的金属或合金靶材时，两种以上靶材交替沉积，得到的金属膜层为多层，或者两种以上靶材共沉积，得到的金属膜层为合金层。
镀膜后的立方氮化硼微粉热处理是在真空下进行的，真空度可控制在1×10-5～1×10-3Pa的范围内。热处理温度依具体的粉体类型而定，一般设定在400～1400℃的范围内，热处理保温时间一般设定为20～120min，随炉冷却，热处理后得到表面金属化改性的立方氮化硼微粉。
上述方法在制备用于成形、烧结超硬合金的混合料中的应用。立方氮化硼微粉经过物理气相沉积镀膜、真空热处理后，得到表面金属化改性的立方氮化硼颗粒粉体；然后将表面金属化改性的立方氮化硼颗粒粉体与硬质合金粉体进行滚动球磨混合，得到用于成形、烧结的混合料。
在制备用于成形、烧结的混合料时，将表面金属化改性的立方氮化硼微粉与WC粉和钴粉进行滚动球磨混合，然后将球磨后的料浆真空干燥。优选的，将表面金属化改性的立方氮化硼微粉与0.2～0.5μm的WC粉、0.2～3.0μm的钴粉以5～60vol％cBN、40～95vol％[WC-(6～14)wt％Co]的配比在酒精中进行滚动球磨混合，磨球为硬质合金球，球料比为2～4：1，滚动球磨转速34～36r/min，球磨时间为2～60h，然后将球磨后的料浆真空干燥，即得可用于成形、烧结的混合料。
本发明解决了立方氮化硼微粉颗粒表面物理气相沉积法(磁控溅射或射频溅射)镀膜的难题，在粒度≤3.0μm的立方氮化硼微粉颗粒表面均匀包覆了单层或多层金属或合金薄膜，提高了立方氮化硼微粉的热稳定性和化学稳定性，有利于超硬立方氮化硼微粉的广泛应用，也为立方氮化硼微粉颗粒强化硬质合金制备高硬度、超耐磨、耐冲击、高效金属切削刀具展现了美好的前景。该方法环境友好、节能、效率高、效果好。
附图说明
图1为未镀膜立方氮化硼微粉颗粒的SEM形貌；
图2为经过真空热处理，表面包覆Mo膜的立方氮化硼微粉颗粒的SEM形貌；
图3为球磨60h球磨混合料中表面包覆Mo膜的立方氮化硼微粉颗粒的SEM形貌。
具体实施方式
本发明的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，包括：
1、物理气相沉积镀膜：在靶材室装入靶材，阴极靶材均采用圆形平面靶材，这里的靶材可为多种金属或合金，本发明优选的金属或合金有钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、铝(Al)中的至少一种；然后称取费氏粒度小于等于3.0μm的立方氮化硼微粉50～1500g，将其放入物理气相沉积设备的滚筒式沉积台；关闭镀膜室门，设定气相沉积参数：预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，溅射气压维持在0.1～10Pa；样品加热温度设定在100～400℃的范围内；靶材功率密度设定在5～30W/cm2的范围内；滚筒式沉积台的转速设定在12～50r/min的范围内；振动系统的振动频率设定在10～50Hz的范围；镀膜时间为0.5～20h，具体时间根据实际需要调整。其中，对于导电磁性金属(如钨、钼、钛等)靶材，镀膜选择直流电源磁控溅射，对于导电非磁性金属(如镍、铝等)靶材，镀膜采用交流电源射频溅射。
立方氮化硼微粉颗粒表面金属膜层既可为单层，也可为两种以上靶材交替沉积的多层，还可为两种以上靶材共沉积的合金层。
2、真空热处理：将上一步骤中镀完膜的立方氮化硼微粉颗粒装入舟皿、放入真空热处理炉中进行热处理。根据不同金属化薄膜的热处理要求，热处理温度设定在400～1400℃范围内，保温时间设定20～120min，随炉冷却后取出舟皿，即可得到均匀、致密的表面金属化薄膜与微粉颗粒之间实现冶金结合的立方氮化硼微粉。
3、滚动球磨混合：称取适量上述表面金属化改性的立方氮化硼微粉与超细碳化钨粉和钴粉混合并在滚动球磨机上球磨，得到球磨混合料。具体球磨参数设置为：表面金属化改性立方氮化硼微粉的添加量为5～60vol％，Co的添加量为1～14wt％，余量为WC(0.2～0.5μm)；球磨介质为酒精，球料比为2～4：1，磨球为硬质合金球，球磨时间2～60h；将球磨好的料浆进行真空干燥，过筛，得到可用于成形、烧结的球磨混合料。
原材料为：立方氮化硼微粉、超细WC粉、Co粉、上述所说的各种金属靶材(规格)。下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
本发明实施例的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性方法和工艺流程如下：
1、磁控溅射法立方氮化硼微粉颗粒表面镀Mo膜：将600克如图1所示的粒度≤3.0μm的立方氮化硼微粉先进行颗粒表面洁净处理，然后放入镀膜机的滚筒式沉积台中，将Mo靶装入阴极靶上，因为金属Mo属弱磁性导电体，故选择直流电源。预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，设定镀膜参数：溅射气压维持在0.3～0.8Pa，样品加热温度100℃，靶材功率密度20W/cm2，滚筒式沉积台的转速设定在15～20r/min，振动系统的振动频率35Hz，镀膜时间为8h。
2、真空热处理：将镀完膜的立方氮化硼微粉装入舟皿，放入真空热处理炉中，升温速度3℃/min，在1200℃保温1h，断电冷却后取出舟皿，即得表面被Mo均匀包覆的改性立方氮化硼微粉，如图2所示。
3、滚动球磨混合：将热处理完的表面金属化改性后的立方氮化硼微粉与超细WC粉、Co粉按35vol％cBN+65vol％(WC-14wt％Co)的配比进行滚动球磨。球磨介质为酒精，球料比4:1，磨球为硬质合金球，滚动球磨转速34～36r/min，球磨时间60h。
通过此方法得到的表面金属化改性的立方氮化硼微粉颗粒热稳定性和化学温度性良好，表面的Mo薄膜与超硬立方氮化硼微粉颗粒结合紧密，球磨60h后金属薄膜依然包覆在立方氮化硼微粉颗粒表面，如图3所示。
实施例2：
本发明实施例的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性方法和工艺流程如下：
1、磁控溅射法立方氮化硼微粉颗粒表面镀W膜：将1500克粒度≤3.0μm的外购立方氮化硼微粉先进行颗粒表面洁净处理，然后放入镀膜机的滚筒式沉积台中，将W靶装入阴极靶上，因为金属W为弱磁性导电体，故选择直流电源。预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，设定镀膜参数：溅射气压维持在0.1～0.5Pa，样品加热温度400℃，靶材功率密度30W/cm2，滚筒式沉积台的转速设定在40～50r/min，振动系统的振动频率50Hz，镀膜时间为4h。
2、真空热处理：将镀完膜的立方氮化硼微粉装入舟皿，放入真空热处理炉中，升温速度3℃/min，在1400℃保温2h，冷却取出即得表面被W均匀包覆的改性立方氮化硼微粉。
3、滚动球磨混合：将热处理完的表面金属化改性后的立方氮化硼微粉与超细WC粉、Co粉按25vol％cBN+75vol％(WC-10wt％Co)的配比进行滚动球磨。球磨介质为酒精，球料比2:1，磨球为硬质合金球，滚动球磨转速34～36r/min，球磨时间40h。
通过此方法得到的表面金属化改性的立方氮化硼微粉热稳定性和化学稳定性良好，表面的金属W薄膜与超硬立方氮化硼颗粒结合附着力强，球磨后金属W薄膜依然紧密包覆在cBN颗粒表面。
实施例3：
本发明实施例的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性方法和工艺流程如下：
1、磁控溅射法立方氮化硼微粉颗粒表面镀Mo-Co合金膜：将1500克粒度≤3.0μm的外购立方氮化硼微粉先进行颗粒表面洁净处理，然后放入镀膜机的滚筒式沉积台中，将Mo靶和Co靶分别装入两个相对的阴极靶上，因为Mo、Co均为磁性导电体，故选择直流磁控溅射镀膜。预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，设定磁控溅射镀膜参数：气压维持在6～10Pa，样品加热温度300℃，Mo靶功率密度22W/cm2，Co靶功率密度12W/cm2，滚筒式沉积台的转速设定在15～20r/min，振动系统的振动频率36Hz，镀膜时间为10h。
2、真空热处理：将镀完膜的立方氮化硼微粉装入舟皿，放入真空热处理炉中，升温速度3℃/min，在1000℃保温2h，断电冷却后取出舟皿，即得表面被Mo、Co均匀包覆的改性立方氮化硼微粉。
3、滚动球磨混合：将热处理完的表面金属化改性后的立方氮化硼微粉与WC粉、Co粉按45vol％cBN+55vol％(WC-12wt％Co)的配比进行滚动球磨。球磨介质为酒精，球料比3:1，磨球为硬质合金球，滚动球磨转速34～36r/min，球磨时间20h。
通过此方法得到的表面金属化改性的立方氮化硼微粉热稳定性和化学稳定性良好，表面磁控溅射共沉积的金属Mo和Co薄膜与超硬立方氮化硼颗粒结合力强，球磨20h后Mo-Co合金薄膜依然紧密包覆在cBN颗粒表面。
实施例4：
本发明实施例的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性方法和工艺流程如下：
1、射频溅射法立方氮化硼微粉颗粒表面镀Ni膜：将1000克如图1所示的粒度≤3μm的外购立方氮化硼微粉先进行颗粒表面洁净处理，然后放入镀膜机的滚筒式沉积台中，将Ni靶装入阴极靶上，因为金属Ni属导电非磁性材料，故选择交流电源射频溅射镀膜。预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，设定镀膜参数：溅射气压维持在0.5～1.0Pa，样品加热温度200℃，靶材射频功率密度10W/cm2，滚筒式沉积台的转速设定在30～40r/min，振动系统的振动频率28Hz，镀膜时间为10h。
2、真空热处理：将镀完膜的立方氮化硼微粉装入舟皿，放入真空热处理炉中，升温速度3℃/min，在800℃保温40min，断电冷却后取出舟皿，即得表面被Ni均匀包覆的改性立方氮化硼微粉。
3、滚动球磨混合：将热处理完的表面金属化改性后的立方氮化硼微粉与超细WC粉、Co粉按15vol％cBN+85vol％(WC-8wt％Co)的配比进行滚动球磨。球磨介质为酒精，球料比4:1，磨球为硬质合金球，滚动球磨转速34～36r/min，球磨时间30h。
通过此方法得到的表面金属化改性的立方氮化硼微粉颗粒热稳定性和化学温度性良好，表面的Ni薄膜与超硬立方氮化硼微粉颗粒结合紧密，球磨20h后金属Ni薄膜依然包覆在cBN颗粒表面。
实施例5：
本发明实施例的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性方法和工艺流程如下：
1、射频溅射法、磁控溅射法立方氮化硼微粉颗粒表面镀Al、Ti复合膜：将400克如图1所示的粒度≤3μm的外购立方氮化硼微粉先进行颗粒表面洁净处理，然后放入镀膜机的滚筒式沉积台中，将Al靶、Ti靶分别装入两个相对的阴极靶上，先镀Al，再镀Ti，因为金属Al属非磁性导电体，故镀Al时选择交流电源射频溅射镀膜，Ti为磁性导电体，故镀Ti时选择直流磁控溅射镀膜。预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，设定镀膜参数：溅射气压维持在2～6Pa，样品加热温度100℃，Al靶材射频功率密度10W/cm2，Ti靶功率密度15W/cm2，滚筒式沉积台的转速设定在20～25r/min，振动系统的振动频率33Hz，镀膜时间为10h。
2、真空热处理：将镀完膜的立方氮化硼微粉装入舟皿，放入真空热处理炉中，升温速度3℃/min，在400℃保温20min，断电冷却后取出舟皿，即得被Al、Ti薄膜均匀交替包覆的表面金属化改性立方氮化硼微粉。
3、滚动球磨混合：将热处理完的表面金属化改性后的立方氮化硼微粉与超细WC粉、Co粉按5vol％cBN+95vol％(WC-6wt％Co)的配比进行滚动球磨。球磨介质为酒精，球料比3:1，磨球为硬质合金球，滚动球磨转速34～36r/min，球磨时间50h。
通过此方法得到的表面金属化改性的立方氮化硼微粉颗粒热稳定性和化学温度性良好，由内到外的立方氮化硼基体、Al膜、Ti膜之间均能形成冶金结合，结合力强，球磨50h后Al、Ti层状复合薄膜依然包覆在颗粒表面。
实施例6：
本发明实施例的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性方法和工艺流程如下：
1、磁控溅射法立方氮化硼微粉颗粒表面共沉积V-Cr合金膜：将1000克粒度≤3μm的外购立方氮化硼微粉先进行颗粒表面洁净处理，然后放入镀膜机的滚筒式沉积台中，将V靶、Cr靶分别装入两个相对的阴极靶上，因为金属V、Cr均属磁性导电体，故选择直流磁控溅射镀膜。预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，设定镀膜参数：溅射气压维持在3～8Pa，样品加热温度400℃，V靶材射频功率密度25W/cm2，Cr靶功率密度22W/cm2，滚筒式沉积台的转速设定在12～18r/min，振动系统的振动频率36Hz，镀膜时间为7h。
2、按实施例4的步骤1，在表面被V-Cr合金膜包覆的立方氮化硼微粉颗粒表面再用射频溅射法包覆一层金属Ni薄膜，以保护具有较高活性的V-Cr合金膜。
3、真空热处理：将镀完膜的立方氮化硼微粉装入舟皿，放入真空热处理炉中，升温速度3℃/min，在950℃保温1h，断电冷却后取出舟皿，即得表面被V-Cr/Ni层状复合膜均匀包覆的改性立方氮化硼微粉。
4、滚动球磨混合：以本实施例1～3步骤中形成的表面改性立方氮化硼微粉、超细WC粉和Co粉为原料，按55vol％cBN+45vol％(WC-11wt％Co)的配比进行滚动球磨。球磨介质为酒精，球料比3:1，磨球为硬质合金球，滚动球磨转速34～36r/min，球磨时间30h。
通过此方法得到的表面金属化改性的立方氮化硼微粉颗粒热稳定性和化学温度性良好，立方氮化硼颗粒基体与表面V-Cr/Ni层状复合包覆膜之间形成冶金结合，结合力强，球磨30h后表面金属薄膜依然包覆在立方氮化硼微粉颗粒的表面。
本发明的改性方法通过物理气相沉积(PVD)方法(磁控溅射或射频溅射技术)在cBN微粉颗粒(≤3.0μm)的表面均匀镀覆金属薄膜，金属薄膜材料选自Al、Ni、Co、Cr、V、Ti、W、Mo等在内的金属中的一种或多种；通过改变金属靶材数量和PVD沉积方法，cBN微粉颗粒表面包覆的金属膜即可为单层膜，也可为多层复合膜或合金化膜；对镀膜后的cBN微粉颗粒进行真空热处理，使粉体和表面金属化薄膜之间形成冶金结合。本发明cBN微粉颗粒表面金属化改性的方法适用材料范围广、操作简便、环境友好、能耗低，所镀涂层均匀完整，不易脱落，可实现规模化生产。表面金属化改性后的cBN微粉颗粒热稳定性和化学稳定性提高；将表面金属化改性后的cBN微粉颗粒添加到硬质合金中，cBN可在硬质合金烧结过程中稳定存在，不发生相转变；还改善了液相烧结过程中液态金属粘接相对cBN微粉颗粒的润湿性；使在硬质合金生产条件下，添加cBN超硬颗粒强化硬质合金成为可能。
Claims (5)
1.一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，包括以下步骤：
(1)采用物理气相沉积法在立方氮化硼微粉颗粒表面镀膜，在物理气相沉积设备的镀膜室装入金属或合金阴极靶材，然后将立方氮化硼微粉放入滚筒式沉积台；关闭镀膜室门，设定气相沉积参数，进行物理气相沉积镀膜；立方氮化硼微粉的费氏粒度≤3.0μm，阴极靶材为钨、钼、钛、钒、铬、钴、镍、铝单质或其合金，阴极靶材为两种以上不同的金属或合金靶材，两种以上靶材交替沉积，得到的金属膜层为多层，或者两种以上靶材共沉积，得到的金属膜层为合金层；物理气相沉积过程中，预抽本底真空至3.0×10-3Pa以下，通入工作气体Ar气，镀膜过程中溅射气压设定在0.1～10Pa；样品加热温度为100～400℃；靶材功率密度范围为5～30W/cm2；滚筒式沉积台的转速为12～50r/min；振动系统的振动频率为10～50Hz；镀膜时间为0.5～20h；
(2)将镀膜后的立方氮化硼微粉在真空热处理炉中进行热处理，热处理的温度为400～1400℃，热处理保温时间为20～120min，即得到表面金属化改性的立方氮化硼颗粒粉体。
2.根据权利要求1所述的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，其特征在于：在采用物理气相沉积法在立方氮化硼微粉颗粒表面镀膜前，还包括将立方氮化硼微粉进行颗粒表面洁净处理的步骤。
3.根据权利要求1所述的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，其特征在于：所述的物理气相沉积法包括磁控溅射法和射频溅射法。
4.根据权利要求3所述的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法，其特征在于：所述的阴极靶材为导电磁性金属时，采用直流电源磁控溅射法；所述的阴极靶材为导电非磁性金属时，采用交流电源射频溅射法。
5.权利要求1所述的立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法在制备用于成形、烧结超硬合金的混合料中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510570650.4A CN106521432B (zh) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | 一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510570650.4A CN106521432B (zh) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | 一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106521432A CN106521432A (zh) | 2017-03-22 |
| CN106521432B true CN106521432B (zh) | 2019-02-05 |
Family
ID=58345660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510570650.4A Active CN106521432B (zh) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | 一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106521432B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106119788A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-16 | 苏州思创源博电子科技有限公司 | 一种改性钨镍合金靶材制备工方法 |
| CN106191792A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-12-07 | 苏州思创源博电子科技有限公司 | 一种改性钨铌合金靶制备工方法 |
| CN107142474B (zh) * | 2017-04-19 | 2019-07-02 | 天津职业技术师范大学 | 一种防钛火涂层 |
| CN107739950B (zh) * | 2017-10-20 | 2019-12-17 | 北京有色金属研究总院 | 一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法 |
| CN112251718A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-01-22 | 郑州中南杰特超硬材料有限公司 | 立方氮化硼表面复合处理方法、立方氮化硼磨粒、应用 |
| CN113136540B (zh) * | 2021-04-09 | 2022-09-02 | 贵州师范大学 | 一种钛合金纳米复合梯度强化层的制备方法 |
| CN116833412A (zh) * | 2022-12-25 | 2023-10-03 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 一种碳化钨-立方氮化硼复合材料的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1051691A (zh) * | 1989-11-22 | 1991-05-29 | 诺顿公司 | 化学结合的超硬磨料 |
| CN101012547A (zh) * | 2006-12-30 | 2007-08-08 | 江苏天一超细金属粉末有限公司 | 金刚石、立方氮化硼颗粒表面镀钨、铬、钼的方法及设备 |
| CN101805893A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-08-18 | 北京航空航天大学 | 滚筒式样品台以及用其进行粉体颗粒的磁控溅射镀膜方法 |
| CN102978426A (zh) * | 2011-09-05 | 2013-03-20 | 国家纳米技术与工程研究院 | 一种碳化钨复合粉末的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3295575B2 (ja) * | 1995-02-06 | 2002-06-24 | 日新製鋼株式会社 | ２層金属めっき立方晶系ｂｎ微粒子およびその製造方法 |
-
2015
- 2015-09-09 CN CN201510570650.4A patent/CN106521432B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1051691A (zh) * | 1989-11-22 | 1991-05-29 | 诺顿公司 | 化学结合的超硬磨料 |
| CN101012547A (zh) * | 2006-12-30 | 2007-08-08 | 江苏天一超细金属粉末有限公司 | 金刚石、立方氮化硼颗粒表面镀钨、铬、钼的方法及设备 |
| CN101805893A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-08-18 | 北京航空航天大学 | 滚筒式样品台以及用其进行粉体颗粒的磁控溅射镀膜方法 |
| CN102978426A (zh) * | 2011-09-05 | 2013-03-20 | 国家纳米技术与工程研究院 | 一种碳化钨复合粉末的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "立方氮化硼-碳化钨-钴复合材料制备工艺的改进";史晓亮等;《机械工程材料》;20070420;第31卷(第4期);第71-73页 |
| "立方氮化硼表面镀Ti及其与金属粘结剂的作用";王明智等;《中国有色金属学报》;19970630;第7卷(第2期);第104-106、132页 |
| "陶瓷结合剂立方氮化硼磨具组织及性能的研究";张习敏;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20030615;B022-163 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106521432A (zh) | 2017-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106521432B (zh) | 一种立方氮化硼微粉颗粒表面金属化改性的方法 | |
| CN109161774A (zh) | 由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金及其制备方法 | |
| CN109867525A (zh) | 一种高熵合金硼化物陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN101967593A (zh) | 含有稀土的超细晶粒硬质合金材料及其制备方法 | |
| CN104609865A (zh) | 一种氮化硅基导电陶瓷的制备方法及氮化硅基导电陶瓷刀具的成型方法 | |
| Zhang et al. | Processing and mechanical properties of nonstoichiometric TiCx (0.3≤ x≤ 0.5) | |
| CN103627946B (zh) | 一种可自磨削的金刚石工具胎体材料 | |
| CN103484814A (zh) | 硼化钛基无机复合材料涂层的制备方法 | |
| CN101070577A (zh) | 超细TiC0.7N0.3基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN108356260A (zh) | 一种硬质合金异形制品的3d打印制造方法 | |
| CN106283039B (zh) | 一种铁基非晶-纳米晶复合涂层及其制备方法 | |
| CN106835031B (zh) | 离子源增强电弧离子镀制备高温合金切削刀具涂层的方法 | |
| CN104440605A (zh) | 一种多角形超硬复合磨料、采用该磨料制备磨具的方法 | |
| Qi et al. | Vacuum brazing diamond grits with Cu-based or Ni-based filler metal | |
| Du et al. | Research status on surface metallization of diamond | |
| CN114645171A (zh) | 一种新型多主元合金-金刚石磨具材料及其制备方法和应用 | |
| CN109454228B (zh) | 一种涂覆功能梯度涂层的金刚石 | |
| CN104646660A (zh) | 一种铁单元素基合金表面激光高熵合金化用粉料 | |
| CN103361615A (zh) | 金刚石表面双阴极等离子沉积纳米涂层的装备与工艺 | |
| CN111136260A (zh) | 一种涂覆金刚石的工艺 | |
| CN104988448B (zh) | 一种Al‑Ti‑C体系反应粉芯丝材的制备方法 | |
| CN101117674A (zh) | 一种微晶WC-10%Co硬质合金的制备方法 | |
| Liu et al. | Mechanical properties and microstructure of Ti (C 5 N 5)-TiB 2-(W 7 Ti 3) C composite cutting tool materials | |
| CN104690273A (zh) | 一种纳米改性Ti(C&N)基金属陶瓷刀具的制备工艺 | |
| CN105624668A (zh) | 三维立体网状织构组织复合涂层及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190606 Address after: 101407 No. 11 Xingke East Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing Patentee after: Research Institute of engineering and Technology Co., Ltd. Address before: No. 2, Xinjie street, Xicheng District, Beijing, Beijing Patentee before: General Research Institute for Nonferrous Metals |