一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种聚晶金刚石‑立方氮化硼多层复合刀具，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石‑氮化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层，所述聚晶金刚石‑立方氮化硼多层复合刀具具有硬度高、韧性好的优点，适于工业切削。本发明专利技术还提供一种上述聚晶金刚石‑立方氮化硼多层复合刀具的制备方法。

A Polycrystalline Diamond-Cubic Boron Nitride Multilayer Composite Tool and Its Preparation Method

The invention provides a polycrystalline diamond cubic boron nitride multilayer composite tool, which comprises a cemented carbide matrix and a diamond silicon nitride composite layer, a titanium diboride composite layer and a polycrystalline cubic boron nitride layer arranged on the surface of the cemented carbide matrix in turn. The polycrystalline diamond cubic boron nitride multilayer composite tool has the advantages of high hardness and good toughness, and is suitable for industrial cutting. Chipping. The invention also provides a preparation method of the polycrystalline diamond cubic boron nitride multilayer composite tool.

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具及其制备方法
本专利技术属于超硬材料领域，具体地，涉及一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具及其制备方法。
技术介绍
金刚石与立方氮化硼是目前工业中应用最广泛的两种超硬材料。金刚石是自然界中已知最硬的物质，具有极高的耐磨性、抗压强度、热导率，大颗粒金刚石单晶价格昂贵且具有解理面，金刚石颗粒尺寸限制了很多其功能性的应用，工业中很多领域使用性价比更高的聚晶金刚石材料来代替金刚石单晶。聚晶金刚石被广泛应用于非铁金属和不含铁合金的切削加工，石油天然气及矿业勘采，木质地板加工等领域。立方氮化硼的硬度约为金刚石的一半，是仅次于金刚石的第二硬材料，但是立方氮化硼拥有比金刚石更高的热稳定性且不易和铁元素发生化学反应，因而可以用来加工铁金属或含铁合金，立方氮化硼单晶价格昂贵且具有解离面，工业中很多领域使用性价比更高的聚晶立方氮化硼材料来代替立方氮化硼单晶。聚晶立方氮化硼由于具有较高的红硬性，较高的耐磨性以及高的热稳定性而被广泛应用于铁金属和含铁合金的切削加工。立方氮化硼-金刚石复合材料兼顾了聚晶金刚石与聚晶立方氮化硼的优点，统传的立方氮化硼-金刚石复合烧结体是在人造立方氮化硼和金刚石微粉中加入Co、Ni、TiC、TiN等金属粉末均匀混合后，在高压高温下烧结而成的一种超硬复合材料，它在宏观上表现出各向同性和较高的硬度及韧性，在某些方面的应用性能优于聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼。但是，由于聚晶金刚石和聚晶氮化硼在导热性能、热膨胀性能等方面的差异，使得立方氮化硼-金刚石复合材料的韧性较差，易崩裂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具及其制备方法，以解决上述问题。具体地，本专利技术采取如下技术方案：一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石-氮化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层。基于上述，所述金刚石-氮化硅复合层包括以下质量份的原料：金刚石粉51～57份、氮化硅粉(Si3N4)53～58份、氧化铝粉(Al2O3)4～6份和硼粉(B)0.3～1.2份。基于上述，所述二硼化钛复合层包括以下质量份的原料：二硼化钛粉(TiB2)91～98份、活性碳粉0.5～2份和钛粉(Ti)1.5～8份。基于上述，所述聚晶立方氮化硼层包括以下质量份的原料：立方氮化硼粉92～97份、铝粉(Al)2.5～7份和二硅化钛粉(TiSi2)0.5～1份。基于上述，所述硬质合金的厚度为5～15mm，所述金刚石-氮化硅复合层的厚度为1～2mm，所述二硼化钛复合层的厚度为0.3～1mm，所述聚晶立方氮化硼层的厚度为3～5mm。一种上述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具的制备方法，其包括以下步骤：先将所述硬质合金基体、所述金刚石-氮化硅复合层的原料、所述二硼化钛复合层的原料和所述聚晶立方氮化硼层的原料依次装入金属铌杯中，分层压实定型，再在4～5GPa、1500～1700℃条件下烧结10～25min，得到所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具。基于上述，按质量份计，所述金刚石-氮化硅复合层的原料包括：金刚石粉51～57份、氮化硅粉53～58份、氧化铝粉4～6份和硼粉0.3～1.2份。基于上述，按质量份计，所述二硼化钛复合层的原料包括：二硼化钛粉91～98份、活性碳粉0.5～2份和钛粉1.5～8份。基于上述，按质量份计，所述聚晶立方氮化硼层的原料包括：立方氮化硼粉92～97份、铝粉2.5～7份和二硅化钛粉0.5～1份。与现有技术相比，本专利技术具有突出的实质性特点和显著进步。具体的说，本专利技术提供的所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具通过在所述金刚石-氮化硅复合层和聚晶立方氮化硼层之间设置二硼化钛复合层，所述二硼化钛复合层以二硼化钛为主料，二硼化钛的热膨胀系数小于聚晶立方氮化硼，且它的热膨胀系数大于金刚石和氮化硅，如此使所述金刚石-氮化硅复合层和所述聚晶立方氮化硼层之间实现较平滑过渡，避免受热开裂。进一步，所述金刚石-氮化硅复合层中采用金刚石和氮化硅主料，采用B和Al2O3作为粘结剂，B、Al2O3和氮化硅的热膨胀系数均与金刚石相近，且它们的导热系数远小于金刚石，因此，它们不仅具有良好的粘结性能，还可以减小所述金刚石-氮化硅复合层的导热系数；所述二硼化钛复合层采用活性碳和Ti作为粘结剂，活性碳和Ti在烧结过程中形成TiC，可以有效提高所述二硼化钛复合层的粘结性能；所述聚晶立方氮化硼层采用Al和TiSi2作为粘结剂，烧结过程中TiSi2促进Al和氮化硼形成氮化铝，因此，它们不仅具有良好的粘结强度，还可以提高所述聚晶立方氮化硼层的导热性能和硬度；同时，所述金刚石-氮化硅复合层、所述二硼化钛复合层和所述聚晶立方氮化硼层相结合使得所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具具有硬度高、韧性好的优点。经检测，所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具的硬度为3057～3324Hv，冲击次数为41～46，导热系数为114～132W/(m·K)。另外，本专利技术还提供该所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具的制备方法，该方法简单，易操作，适于工业生产。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石-氮化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层，其中，所述硬质合金的厚度为15mm，所述金刚石-氮化硅复合层的厚度为2mm，所述二硼化钛复合层的厚度为1mm，所述聚晶立方氮化硼层的厚度为5mm。所述金刚石-氮化硅复合层包括以下质量份的原料：金刚石粉55份、氮化硅粉55份、氧化铝粉4份和硼粉1份；所述二硼化钛复合层包括以下质量份的原料：二硼化钛粉96份、活性碳粉2份和钛粉2份；所述聚晶立方氮化硼层包括以下质量份的原料：立方氮化硼粉96份、铝粉3份和二硅化钛粉1份。本实施例还提供所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具的制备方法，其包括以下步骤：将金刚石粉、氮化硅粉、氧化铝粉和硼粉混合均匀，制得所述金刚石-氮化硅复合层的原料；将二硼化钛粉、活性碳粉和钛粉混合均匀，制得所述二硼化钛复合层的原料；将立方氮化硼粉、铝粉和二硅化钛粉混合均匀，制得所述聚晶立方氮化硼层的原料；先将所述硬质合金基体、所述金刚石-氮化硅复合层的原料、所述二硼化钛复合层的原料和所述聚晶立方氮化硼层的原料依次装入金属铌杯中，分层压实定型，再在4GPa、1500℃条件下烧结25min，得到所述聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具。实施例2本实施例提供一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石-氮化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层，其中，所述硬质合金的厚度为5mm，所述金刚石-氮化硅复合层的厚度为1mm，所述二硼化钛复合层的厚度为0.3mm，所述聚晶立方氮化硼层的厚度为3mm。所述金刚石-氮化硅复合层包括以下质量份的原料：金刚石粉52份、氮化硅粉57份、氧化铝粉4.5份和硼粉0.5份份；所述二硼化钛复合层包括以下质量份的原料：二硼化钛粉92份、活性碳粉1份和钛粉7份；所述聚晶立方氮化硼层包括以下质量份的原料：立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚晶金刚石‑立方氮化硼多层复合刀具，其特征在于，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石‑氮化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，其特征在于，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石-氮化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层。2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，其特征在于，所述金刚石-氮化硅复合层包括以下质量份的原料：金刚石粉51～57份、氮化硅粉53～58份、氧化铝粉4～6份和硼粉0.3～1.2份。3.根据权利要求1或2所述的聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，其特征在于，所述二硼化钛复合层包括以下质量份的原料：二硼化钛粉91～98份、活性碳粉0.5～2份和钛粉1.5～8份。4.根据权利要求3所述的聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，其特征在于，所述聚晶立方氮化硼层包括以下质量份的原料：立方氮化硼粉92～97份、铝粉2.5～7份和二硅化钛粉0.5～1份。5.根据权利要求1所述的聚晶金刚石-立方氮化硼多层复合刀具，其特征在于，所述硬质合金的厚度为5～15mm，所述金刚石-氮化硅复合层的厚度为1～2mm，所述二硼化钛复合层的厚度为0.3～1mm，所述聚晶立方氮化硼层的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽娜，刘亚菊，周青，
申请(专利权)人：河南海纳德新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41