一种PCBN刀具材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于超硬材料技术领域，具体涉及一种PCBN刀具材料及其制备方法。本发明专利技术提供了一种PCBN刀具材料，包括立方氮化硼和三元硼化物；所述三元硼化物为Mo

A PCBN tool material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种PCBN刀具材料及其制备方法
本专利技术属于超硬材料
，具体涉及一种PCBN刀具材料及其制备方法。
技术介绍
人造金刚石和立方型晶体结构的氮化硼，以及由这两种材料为主要成分制得的复合材料，都称为超硬材料。由它们制成的各种工具与功能部件又通称为超硬材料制品或超硬材料工具。立方氮化硼热稳定性优于人造金刚石，在高温下仍能保持足够高的力学性能和硬度，具有很好的红硬性。以立方氮化硼微粉为主要原料，可以在加入结合剂或不加任何结合剂条件下，经高温高压(HPHT)烧结合成得到聚晶立方氮化硼(PCBN)。PCBN具有立方氮化硼的大部分性能，且克服了立方氮化硼单晶的晶面方向性解理的缺点，具有很高的热稳定性、良好的耐化学腐蚀性、极高的硬度以及很高的弹性模量。采用PCBN材料制得的刀具，具有高硬度、高传热效率、高耐磨性、耐高温等优点。目前用于制造PcBN刀具材料的结合剂可分为三类：(1)金属粉末，例如镍粉、钴粉、钨粉等，金属粉末常用于制造高含量的PCBN，以增加其韧性，这种刀具材料扛崩刃性好，但耐磨性和红硬性有所下降；(2)陶瓷粉末，包括氮化钛、氮化铝、碳化钛、氮碳化钛、氧化铝等，由这类材料制造的PCBN硬度高、耐磨性好、热稳定性好，但是烧结组织均匀性差，得到的材料韧性差、扛崩刃性能低；(3)陶瓷-金属结合剂，此类结合剂由陶瓷粉末和金属粉末混合而成，继承了陶瓷和金属粉末的优点，但制备烧结过程中容易出现金属成分偏聚的现象。近年来，随着钛合金和镍基超合金等难切削材料的发展，伴随而来的是对合金加工手段更加苛刻的要求，给PCBN刀具材料带来了新的挑战，目前PCBN刀具材料的组织均匀化和致密化尚不足，耐磨性有待提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种PCBN刀具材料，组织致密，具有极高的硬度和优异的耐磨性；本专利技术还提供了一种简单易行的该PCBN刀具材料的制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供一种PCBN刀具材料，包括立方氮化硼和三元硼化物；所述三元硼化物为Mo2NiB2。本专利技术还提供了上述技术方案所述的PCBN刀具材料的制备方法，包括以下步骤：将立方氮化硼和结合剂混合球磨后进行第一干燥，得到混合粉；将所述混合粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；将所述合金块依次进行第二干燥和烧结处理，得到所述PCBN刀具材料；所述结合剂包括钼粉、镍粉、硼粉和烧结促进剂。优选的，所述烧结促进剂包括铝粉、钛粉和钴粉中的一种或多种。优选的，所述立方氮化硼与结合剂的质量比为(11～51)：9。优选的，所述结合剂中钼粉、镍粉、硼粉和烧结促进剂的质量比为(53～65)：(20～30)：(4～7)：(1～10)。优选的，所述球磨的液态介质为丙酮或无水乙醇；所述液态介质与待球磨物料的用量比为(80～150)mL：100g；所述球磨用磨球为硬质合金球、氧化锆球或刚玉球；所述球磨的球料比为(8～12)：1。优选的，所述第一干燥的温度为80～100℃，时间为4～8h。优选的，所述真空净化处理的温度为500～800℃，时间为1～3h，真空度≤3×10-3Pa；所述高温还原处理的温度为800～900℃，时间为1～2h，氢气流量为0.1～0.2L/min。优选的，所述第二干燥的温度为60～120℃，时间为15～20min。优选的，所述烧结的温度为1100～1500℃，时间为3～30min，压力为4.5～6GPa。本专利技术提供一种PCBN刀具材料，包括立方氮化硼和三元硼化物；所述三元硼化物为Mo2NiB2。本专利技术以三元硼化物Mo2NiB2为结合相，在立方氮化硼中引入三元硼化物Mo2NiB2，使三元硼化物Mo2NiB2与立方氮化硼之间产生良好的结合，提高PCBN刀具材料的组织结合强度，进而提高PCBN刀具材料的组织均匀化和致密化程度，有效提高PCBN刀具材料的硬度和耐磨性。实验结果表明，本专利技术提供的PCBN刀具材料硬度达到40.7GPa；在线速度为320m/min、切深为0.15mm、走刀速度为0.3mm/rev、切削距离为20km条件下，后刀面磨损量仅279μm，与其他PCBN刀具材料相比，硬度和耐磨性得到显著提升。本专利技术还提供了上述技术方案所述PCBN刀具材料的制备方法，包括以下步骤：将立方氮化硼微粉和结合剂粉混合球磨后进行第一干燥，得到混合粉；将所述混合粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；将所述合金块依次进行第二干燥和烧结处理，得到所述PCBN刀具材料；所述结合剂包括钼粉、镍粉、硼粉和烧结促进剂。本专利技术通过球磨、第一干燥、真空净化处理/高温还原处理等操作，保证PCBN刀具材料的制备原料分散均匀且纯净无杂质；通过烧结工艺，使钼、镍、硼三种粉末发生原位反应生成三元硼化物Mo2NiB2，同时立方氮化硼中的硼原子也会参与上述原位反应，从而使三元硼化物Mo2NiB2与立方氮化硼之间产生良好的结合，使烧结体的结合强度更高；此外，高温下有利于形成半液相，半液相的环境可使立方氮化硼颗粒重新排列，更加有利于获得致密的烧结体；而且，烧结过程会抑制原子的迁移，防止三元硼化物颗粒出现异常长大现象，从而更加有利于获得组织细小均匀、结构致密的烧结体。附图说明图1为本专利技术实施例1所得PCBN刀具材料原材料的XRD图；图2为本专利技术实施例1所得PCBN刀具材料的XRD图；图3为本专利技术实施例1所得PCBN刀具材料与对比例1～2的PCBN刀具材料的硬度对比图；图4为本专利技术实施例1所得PCBN刀具材料与对比例1～2的PCBN刀具材料的后刀面磨损量对比图。具体实施方式本专利技术提供了一种PCBN刀具材料，包括立方氮化硼和三元硼化物；所述三元硼化物为Mo2NiB2。在本专利技术中，所述三元硼化物Mo2NiB2为结合相，所述三元硼化物Mo2NiB2与立方氮化硼之间可以产生良好的结合，提高PCBN刀具材料组织结合强度，进而提高PCBN刀具材料的组织均匀化和致密化程度，有效提高PCBN刀具材料的硬度和耐磨性。同时，PCBN刀具材料中含有的烧结助剂铝、钛等也会与立方氮化硼中的氮原子反应，生成硬度极高的AlN和TiN，有利于提高PCBN刀具材料的切削性能；添加的镍与烧结助剂铝或钛反应，生成AlNi3合金和镍钛合金，可以提高PCBN刀具材料的韧性，进而提高PCBN刀具的抗冲击性能。本专利技术还提供了上述技术方案所述的PCBN刀具材料的制备方法，包括以下步骤：将立方氮化硼和结合剂混合球磨后进行第一干燥，得到混合粉；将所述混合粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；将所述合金块依次进行第二干燥和烧结处理，得到所述PCBN刀具材料。在本专利技术中，若无特殊说明，所述各组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。本专利技术将立方氮化硼和结合剂混合球磨，得到球磨料。在本专利技术中，所述立方氮化硼的粒径优选为单一粒度微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PCBN刀具材料，其特征在于，包括立方氮化硼和三元硼化物；所述三元硼化物为Mo

【技术特征摘要】
1.一种PCBN刀具材料，其特征在于，包括立方氮化硼和三元硼化物；所述三元硼化物为Mo2NiB2。


2.权利要求1所述的PCBN刀具材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将立方氮化硼和结合剂混合球磨后进行第一干燥，得到混合粉；
将所述混合粉进行真空净化处理或高温还原处理后冷压，得到合金块；
将所述合金块依次进行第二干燥和烧结处理，得到所述PCBN刀具材料；
所述结合剂包括钼粉、镍粉、硼粉和烧结促进剂。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结促进剂包括铝粉、钛粉和钴粉中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述立方氮化硼与结合剂的质量比为(11～51)：9。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述结合剂中钼粉、镍粉、硼粉和烧结促进剂的质量比为(53～65)：(20～30)：(4～7)：(1～10)。

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【专利技术属性】
技术研发人员：贾光，
申请(专利权)人：中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45