一种聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法，属于超硬复合材料刀具技术领域。本发明专利技术的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，包括以下步骤：在硬质合金表面涂覆结合剂涂层，然后将结合剂涂层和立方氮化硼粉体进行预压在结合剂涂层上形成立方氮化硼层，加压烧结，即得。本发明专利技术的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，加压烧结过程使得涂覆在硬质合金表面的粘结剂层熔融扩散，制备得到的聚晶立方氮化硼复合片具有优良耐磨性、耐热性和抗冲击性。

Polycrystalline cubic boron nitride composite sheet and preparation method thereof

The invention relates to a polycrystalline cubic boron nitride composite sheet and a preparation method thereof, belonging to the technical field of superhard composite cutting tools. The preparation method of the polycrystalline cubic boron nitride composite sheet comprises the following steps: coating a binder coating on the surface of a hard alloy, and prepressing the binder coating and cubic boron nitride powder on the binder coating to form a cubic boron nitride layer, and pressurized and obtained. The preparation method of the polycrystalline cubic boron nitride composite sheet is made by the pressurized sintering process, which makes the adhesive layer coated on the surface of the hard alloy melt and diffuses. The prepared polycrystalline cubic boron nitride composite film has excellent wear resistance, heat resistance and impact resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法
本专利技术涉及一种聚晶立方氮化硼复合片及其制备方法，属于超硬复合材料刀具

技术介绍
聚晶立方氮化硼，是指以许多微细的立方氮化硼为原料、在有或无添加剂参与，高温高压条件下，烧结而成的聚结体。聚晶立方氮化硼克服了单晶易于解理和各向异性的缺陷；同时，还具有较高的硬度和耐磨性、良好的化学稳定性和热稳定性等优异性能。聚晶立方氮化硼凭借这些性能上的优势，应用非常广泛，特别是作为刀具材料在切削加工方面发挥了极大的作用，如应用于加工铸铁、铁基粉末冶金金属、淬火钢、不锈钢等材料。用于制作刀具材料时，聚晶立方氮化硼刀具坯料主要有三种：一是整体纯聚晶立方氮化硼烧结片；第二种是以聚晶立方氮化硼为聚晶层，以硬质合金为基体经高温高压共同烧结而成的复合片；第三种是先烧结制备聚晶立方氮化硼刀片坯料，再焊接在硬质合金上而制备成。在制备第二种坯料-复合片时，需要用到聚晶立方氮化硼结合剂。常用于聚晶立方氮化硼的结合剂为单一金属、固溶体或它们的氮化物、碳化物、硅化物、硼化物，其他也有将碳氮化物或氮硼化物作为结合剂使用的。现有技术中，申请公布号为CN103158287B的中国专利技术专利公开了一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，是将立方氮化硼微粉、金属结合剂和陶瓷添加剂混合均匀，然后将混合料和硬质合金进行压制烧结，制得聚晶立方氮化硼复合片；所采用的金属结合剂由以下质量分数的原料组成：40～50％的钴，20～30％的镍和20～40％的铝；所述陶瓷结合剂是由以下质量分数的原料组成：30～45％的Ti(C,N)，15～20％的Al2O3，25～30％的AlB，15～20％的SiC。采用该方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片可以适应更加恶劣的加工条件，并且抗冲击性能更好，耐高温，不脱焊，使用寿命长。虽然现有技术中制备得到的聚晶立方氮化硼复合片具有诸多优点，但鉴于目前对加工工件的精度、效率、使用寿命要求的不断提升以及更为苛刻的加工条件要求，不仅要求聚晶立方氮化硼刀具具有高的抗冲击性和耐高温性，同时还需兼具优良的耐磨性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，不仅具有优良的抗冲击性和耐高温性，同时还兼具优良的耐磨性能。本专利技术还提供了一种采用上述方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片。为了实现以上目的，本专利技术的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法所采用的技术方案是：一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，包括以下步骤：在硬质合金表面涂覆结合剂涂层，然后将结合剂涂层和立方氮化硼粉体进行预压在结合剂涂层上形成立方氮化硼层，加压烧结，即得。本专利技术的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，在硬质合金上涂覆结合剂涂层，然后将结合剂涂层和立方氮化硼粉体预压后进行加压烧结，加压烧结过程中，结合剂熔融扩散，制备得到的聚晶立方氮化硼复合片具有优良耐磨性、耐热性和抗冲击性。优选的，所述结合剂涂层的组成元素选自Ti、Al、Cr、Si、C、N中的至少三种。多元新型结合剂涂层兼具优良的金属与陶瓷性能，有助于提高聚晶立方氮化硼复合片的综合性能。进一步优选的，所述结合剂涂层为Ti3AlC2、Ti2AlN、Ti2AlSiN、Ti3AlSiCrN、Ti3AlSiC、Ti2AlCN、Ti2SiCN或MaAbXc；所述MaAbXc中，M为Ti，A为Al、Cr、Si中的一种或多种，X为C、N中的一种或两种；其中，a:b:c＝4:1:1～3。更进一步优选的，所述结合剂涂层MaAbXc中，A由Al、Cr和Si组成，Al、Cr、Si的摩尔比为1～5:1～5:1～5；X由C和N组成，C和N的摩尔比为3～7:3～7。优选的，所述硬质合金含有质量分数为3～16％的钴。采用含有适量钴的硬质合金，一方面确保硬质合金具有一定的韧性，另一方面硬质合金的热胀冷缩膨胀系数接近聚晶立方氮化硼，避免使用过程冷热交替使刀具产生裂纹。进一步优选的，所述硬质合金含有质量分数为8～16％的钴。优选的，在硬质合金表面涂覆结合剂涂层采用物理气相沉积法。采用常规方法进行涂覆时，混料费时费力，并且容易出现混料不均匀，影响聚晶立方氮化硼复合片的性能。采用物理气相沉积法沉积得到的结合剂涂层更加均匀，经过熔融扩散，更有利于得到结合剂均匀分散的聚晶立方氮化硼复合片。进一步优选的，所述物理气相沉积法为磁控溅射镀膜法或电弧离子镀膜法。优选的，所述立方氮化硼粉体的中位粒径D50不超过2μm。优选的，所述结合剂涂层的厚度为0.1～1mm。所述结合剂的厚度是指预压前结合剂涂层的厚度。预压前后，结合剂涂层的厚度基本上不发生变化。所述预压的压力为1～3GPa。优选的，预压前的结合剂涂层与预压后的立方氮化硼层的厚度之比为1:15～2:1。立方氮化硼层的厚度越薄、立方氮化硼粉体的粒度越小，所要求合成后PCBN复合片结合剂含量越小，结合剂涂层的厚度越薄；反之，则结合剂涂层的厚度越厚。将结合剂涂层和立方氮化硼加压进行预压前，使硬质合金表面的结合剂涂层与立方氮化硼紧密接触。进一步优选的，预压前的结合剂涂层与预压后的立方氮化硼层的厚度之比为1:2～14。优选的，所述加压烧结的压力为4.5～7.0GPa，温度为1300～1800℃，时间为3～40min。优选的，在硬质合金表面沉积结合剂涂层之前，对硬质合金进行喷砂处理。通过对硬质合金进行喷砂处理，能够提高硬质合金的表面粗糙度，增强结合剂涂层和硬质合金之间的结合力。将喷砂处理后的硬质合金进行清洗、干燥，然后再在其表面沉积结合剂涂层。所述干燥为真空干燥，干燥的温度为70～100℃。本专利技术的聚晶立方氮化硼复合片所采用的技术方案为：一种采用上述聚晶立方氮化硼复合片的制备方法制备得到的聚晶立方氮化硼复合片。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步的说明。实施例1本实施例的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，包括以下步骤：1)对含钴质量分数为14％的硬质合金进行喷砂处理，然后超声波清洗，再在70℃真空干燥；2)采用物理气相沉积中的电弧离子镀膜法在硬质合金进行喷砂处理的面上沉积一层厚度为0.1mm的Ti2AlN结合剂涂层，得预沉积件；3)选取中位粒径D50为0.5μm的立方氮化硼粉体，将预沉积件和立方氮化硼粉装入钼杯中，使立方氮化硼粉体与预沉积件的结合剂涂层紧密接触，然后施加1GPa的压力进行预压，预压前后结合剂涂层厚度变化可以忽略不计忽略，在结合剂涂层上形成1mm厚的立方氮化硼层，得组件；4)将步骤3)中预压得到的组件进行加压烧结，即得；加压烧结的压力为6.0GPa，温度为1500℃，时间为10min。本实施例的聚晶立方氮化硼复合片采用上述制备方法得到，其硬度为4800HV，具有较高的耐磨性，抗弯强度为1.5GPa。实施例2本实施例的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，包括以下步骤：1)对含钴质量分数为8％的硬质合金进行喷砂处理，然后超声波清洗，再在80℃真空干燥；2)采用物理气相沉积中的高功率脉冲磁控溅射镀膜法在硬质合金进行喷砂处理的面上沉积一层厚度为0.2mm的Ti2AlSiN结合剂涂层，得预沉积件；3)选取中位粒径D50为0.8μm的立方氮化硼粉体，将预沉积件和立方氮化硼粉装入钼杯中，使立方氮化硼粉体与预沉积件的结合剂涂层紧密接触，然后施加2GPa的压力进行预压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在硬质合金表面涂覆结合剂涂层，然后将结合剂涂层和立方氮化硼粉体进行预压在结合剂涂层上形成立方氮化硼层，加压烧结，即得。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在硬质合金表面涂覆结合剂涂层，然后将结合剂涂层和立方氮化硼粉体进行预压在结合剂涂层上形成立方氮化硼层，加压烧结，即得。2.根据权利要求1所述的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于：所述结合剂涂层的组成元素选自Ti、Al、Cr、Si、C、N中的至少三种。3.根据权利要求1或2所述的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于：所述结合剂涂层为Ti3AlC2、Ti2AlN、Ti2AlSiN、Ti3AlSiCrN、Ti3AlSiC、Ti2AlCN、Ti2SiCN或MaAbXc；所述MaAbXc中，M为Ti，A为Al、Cr、Si中的一种或多种，X为C、N中的一种或两种；其中，a:b:c＝4:1:1～3。4.根据权利要求3所述的聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，其特征在于：所述结合剂涂层MaAbXc中，A由Al、Cr和Si组成，Al、Cr、Si的...

【专利技术属性】
技术研发人员：解亚军，王彬彬，陈培，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41