CN111057925A - 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,它包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石复合层、聚晶立方氮化硼复合层及硬质合金保护层;所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成。本发明还提供一种制备该聚晶金刚石立方氮化硼复合片的方法,利用金刚石微粉、纳米金属结合剂制备金刚石结合剂混合料;利用立方氮化硼微粉、金属陶瓷结合剂制备立方氮化硼结合剂混合料;将硬质合金基体放入钽杯中,依次倒入金刚石结合剂混合料和立方氮化硼结合剂混合料;并放入硬质合金保护层,然后真空热处理后进行高温高压烧结。该复合片具有较高的抗冲击韧性和强度。
Description
技术领域
本发明属于超硬材料技术领域,具体涉及一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法。
背景技术
目前,金刚石与立方氮化硼是工业加工领域应用最广泛的两种超硬材料。金刚石具有较高的硬度、耐磨性和热导率,立方氮化硼硬度仅次于金刚石,但具有较高的热稳定性且不易跟铁元素发生化学反应。尽管如此,由于单晶金刚石和单晶立方氮化硼都存在价格昂贵、具有解理面的缺陷,仍使它们许多功能性的应用得到限制,所以工业中有很多领域选择使用性价比更高的聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼来代替单晶金刚石或单晶立方氮化硼。
聚晶金刚石是一种金刚石和硬质合金组成的复合材料,通常是通过将添加一定量结合剂的金刚石粉末与硬质合金基体组装在一起,然后在超高温高压条件下烧结制得的。由于它具有金刚石硬度高和耐磨性好,同时又兼具硬质合金抗冲击性能强和可焊接性好的特点,因而广泛应用于非铁金属和木质材料的切削加工、石油钻井和地质勘探等行业。聚晶立方氮化硼克服了单晶易于解理和各向异性的缺陷,同时具有良好的化学稳定性和热稳定性,广泛应用于铸铁、淬火钢和不锈钢等黑色金属材料的加工。
现有的聚晶金刚石立方氮化硼通常是通过将添加一定量结合剂的金刚石/立方氮化硼粉末与硬质合金基体组装在一起,然后在超高温高压条件下烧结制得的。由于它兼具聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼的优点,硬度高、耐磨性和韧性好,在某些领域的应用性能高于聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼。但由于聚晶金刚石和聚晶氮化硼在热膨胀和导热性能方面的差异,合成中基体材料与聚晶层间的残余应力,使得聚晶金刚石立方氮化硼复合材料在切削加工中易崩裂,抗冲击韧性差。
发明内容
由鉴于此,本发明提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,它包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石复合层、聚晶立方氮化硼复合层及硬质合金保护层;
所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成;
所述硬质合金基体的厚度为6mm~12mm、所述硬质合金保护层的厚度为3mm~5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.5mm~1mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1mm~2mm;
所述纳米金属结合剂由下述重量百分含量的原料组成:Co粉97%~99%、Ni粉0.68%~1.9%、TaC粉0.3%~0.6%、余量为B粉;所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉95%~97%、Al粉1%~2%、余量为Ti粉。
基于上述,所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为92%~96%、纳米金属结合剂为4%~8%。
基于上述,所述金刚石微粉的粒度为8μm~12μm。
基于上述,所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为95%~97%、金属陶瓷结合剂为3%~5%。
基于上述,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm。
本发明还提供一种制备所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片的方法,包括以下步骤:
按照上述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将称取的金刚石微粉与所述纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为200r/min~400r/min,料与磨球的比例为1:(4~5),球磨时间为12h~48h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度750℃~1300℃条件下真空热处理2h~5h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.2GPa~5.8GPa、烧结温度为1350℃~1500℃条件下烧结15min~45min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
与现有技术相比,本发明具有突出的实质性特点和显著的进步,具体地说本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片是由四层材料组成的复合超硬材料,其料层由两种复合层组成,其中的金刚石聚晶层采用了特定的纳米金属结合剂,使复合片具有高耐磨性和高抗冲击韧性,磨耗比、抗冲击韧性都有所提高。同时,该纳米金属结合剂在高温高压下能提高金刚石之间(D-D键)的成键密度,具有促进烧结的作用,有利于形成强韧的烧结体,增加了复合片的抗冲击韧性和强度。
进一步,所述立方氮化硼聚晶层采用了AlN陶瓷结合剂,可以通过金属陶瓷结合剂作用使料层之间、料层和合金基体之间连接更牢固,提高了复合片的强度。另外,AlN热膨胀系数介于金刚石和立方氮化硼之间,起到桥梁作用实现了二者间的平滑连接,避免裂纹的产生。
更进一步的,所述料层两面均设置有一层含适量钴的硬质合金材料,这不仅起到保护层的作用,提高了复合片的韧性,减小与聚晶层间的残余应力,而且大大改善了聚晶立方氮化硼复合层因热膨胀性能导致的刀具崩刃和裂纹问题。因此,本发明的聚晶金刚石立方氮化硼复合片在使用时,硬质合金保护层在冲击力下对中部料层具有保护作用,在使用一段时间后,硬质合金保护层出现磨损,中部料层主要起到切割作用,残余硬质合金保护层与中部料层结合紧密,仍有改善金刚石复合片抗冲击韧性及抗弯强度的作用,从而使中部料层不易崩刃,提高聚晶金刚石复合片的使用性能和使用寿命。
更进一步的,本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片,降低了传统聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制造成本,避免了硬质合金基体与聚晶金刚石复合层的残余应力、聚晶金刚石复合层与聚晶立方氮化硼复合层间的热膨胀开裂,使得复合片强度高、耐磨性和韧性好。本发明采用多层不同种类、粒度和硬度梯度的设计结构,利用AlN热膨胀系数小、导热性能好的特性,在物理性能上使聚晶金刚石复合层和聚晶立方氮化硼复合层实现良好过渡,具有较高的抗冲击韧性和高抗弯强度,进而提高聚晶金刚石复合片的使用性能和使用寿命。
附图说明
图1为本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片结构示意图。
图中:1、硬质合金基体;2、硬质合金保护层;3、聚晶金刚石复合层;4、聚晶立方氮化硼复合层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式,对本发明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复合片,如图1所示,包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2,四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中,本实施例中,所述硬质合金基体为钨钴合金,钴含量为10%。所述硬质合金基体的厚度为6mm、所述硬质合金保护层的厚度为3mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.5mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1mm。
具体地,所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为92%、纳米金属结合剂为8%。其中,所述金刚石微粉的粒度为10μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料:Co粉为97%、Ni粉为0.68%、TaC粉为2.3%、B粉为0.02%。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成,并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为95%、金属陶瓷结合剂为5%。其中,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm,
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉为95%、铝粉为1%、钛粉为2%;所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法,具体包括如下步骤:
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为200r/min,料与磨球的比例为1:4,球磨时间为12h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度750℃条件下真空热处理2h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.2GPa、烧结温度为1350℃条件下烧结15min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例2
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,如图1所示,包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2,四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中,本实施例中,所述硬质合金基体为钨钴合金,钴含量为3%。所述硬质合金基体的厚度为12mm、所述硬质合金保护层的厚度为5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为1mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为2mm。
具体地,所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为96%、纳米金属结合剂为4%。其中,所述金刚石微粉的粒度为10μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料:Co粉为97%、Ni粉为1.9%、TaC粉为0.6%、B粉为0.5%。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成,并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为97%、金属陶瓷结合剂为3%。其中,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm,
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉95%、Al粉为2%,Ti粉为3%;所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法,具体包括如下步骤:
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为400r/min,料与磨球的比例为1:5,球磨时间为48h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度1300℃条件下真空热处理5h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.8GPa、烧结温度为1500℃条件下烧结45min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例3
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,如图1所示,包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2,四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中,本实施例中,所述硬质合金基体为钨钴合金,钴含量为5%。所述硬质合金基体的厚度为8mm、所述硬质合金保护层的厚度为3.5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.6mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1.5mm。
具体地,所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为93%、纳米金属结合剂为7%。其中,所述金刚石微粉的粒度为12μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料:Co粉为98%、Ni粉为1%、TaC粉为0.6%、B粉为0.4%。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成,并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为96%、金属陶瓷结合剂为4%。其中,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm,
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉96%、Al粉为1.5%,Ti粉为2.5%;所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法,具体包括如下步骤:
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为250r/min,料与磨球的比例为1:4.5,球磨时间为24h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度800℃条件下真空热处理3h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.5GPa、烧结温度为1400℃条件下烧结20min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例4
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,如图1所示,包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2,四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中,本实施例中,所述硬质合金基体为钨钴合金,钴含量为8%。所述的硬质合金基体的厚度为9mm、硬质合金保护层的厚度为4mm、聚晶金刚石复合层的厚度为0.8mm、聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1.6mm。
具体地,所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为94%、纳米金属结合剂为6%。其中,所述金刚石微粉的粒度为8μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料:Co粉为97.5%、Ni粉为1.5%、TaC粉为0.5%、B粉为0.5%。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成,并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为96.5%、金属陶瓷结合剂为3.5%。其中,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm,
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉为96%、Al粉为1.8%,Ti粉为2.2%;所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法,具体包括如下步骤:
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为300r/min,料与磨球的比例为1:4.5,球磨时间为36h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度1000℃条件下真空热处理2.5h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.6GPa、烧结温度为1450℃条件下烧结25min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例5
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,如图1所示,包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2,四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中,本实施例中,所述硬质合金基体为钨钴合金,钴含量为10%。所述的硬质合金基体的厚度为硬质合金基体的厚度为10mm、硬质合金保护层的厚度为4.5mm、聚晶金刚石复合层的厚度为0.9mm、聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1.8mm。
具体地,所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为95.5%、纳米金属结合剂为4.5%。其中,所述金刚石微粉的粒度为8μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料:Co粉为98.5%、Ni粉为1.2%、TaC粉为0.28%、B粉为0.02%。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成,并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为95.5%、金属陶瓷结合剂为4.5%。其中,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm,
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉为96.5%、Al粉为1.4%,Ti粉为2.1%;所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法,具体包括如下步骤:
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为350r/min,料与磨球的比例为1:4.8,球磨时间为40h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度1200℃条件下真空热处理3.5h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.7GPa、烧结温度为1450℃条件下烧结30min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
实施例6
本实施例提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,如图1所示,包括由下到上依次设置的硬质合金基体1、聚晶金刚石复合层3、聚晶立方氮化硼复合层4及硬质合金保护层2,四者经过超高温高压烧结而相互复合形成一种超硬复合材料。
其中,本实施例中,所述硬质合金基体为钨钴合金,钴含量为10%。所述的硬质合金基体的厚度为11mm、硬质合金保护层的厚度为4.8mm、聚晶金刚石复合层的厚度为0.85mm、聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1.9mm。
具体地,所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,并通过纳米金属结合剂与所述聚晶立方氮化硼复合层4连接。
所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为95%、纳米金属结合剂为5%。其中,所述金刚石微粉的粒度为8μm。
所述纳米金属结合剂包括以下重量百分含量的原料:Co粉为97.8%、Ni粉为1.6%、TaC粉为0.3%、B粉为0.3%。
所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成,并通过金属陶瓷结合剂与聚晶金刚石复合层3连接。
所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为96.8%、金属陶瓷结合剂为3.2%。其中,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm,
所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉为97.5%、Al粉为1%,Ti粉为2%;所述铝粉和钛粉的粒度小于2μm。
本实施例还提供一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片的制备方法,具体包括如下步骤:
按照本实施例所述质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将金刚石微粉与纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为220r/min,料与磨球的比例为1:4.2,球磨时间为14h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度1100℃条件下真空热处理4h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.4GPa、烧结温度为1350℃条件下烧结35min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
对实施例1~6的聚晶金刚石立方氮化硼复合片的硬度、抗冲击韧性及热稳定性(将复合片在750℃煅烧2min后,检测其硬度和抗冲击韧性)进行测试,结果如表1所示。
表1各实施例所得新型聚晶金刚石/立方氮化硼的性能参数
由表1可知,本发明提供的聚晶金刚石立方氮化硼复合片具有硬度高、韧性好的优点,适用于工业切削加工,且工业生产简单。
本发明提供的一种新型聚晶金刚石立方氮花盆复合片及其制备方法,通过实施例的性能对比,可得出,本发明所提供的配方和工艺制备的复合片具有较高的强度、抗冲击韧性和耐磨性,较传统的复合片性能有所改善和提高,具有较高的应用价值。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种聚晶金刚石立方氮化硼复合片,其特征在于,它包括由下到上依次设置的硬质合金基体、聚晶金刚石复合层、聚晶立方氮化硼复合层及硬质合金保护层;
所述聚晶金刚石复合层由金刚石微粉和纳米金属结合剂组成,所述聚晶立方氮化硼复合层由立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂组成;
所述硬质合金基体的厚度为6mm~12mm、所述硬质合金保护层的厚度为3mm~5mm、所述聚晶金刚石复合层的厚度为0.5mm~1mm、所述聚晶立方氮化硼复合层的厚度为1mm~2mm;
所述纳米金属结合剂由下述重量百分含量的原料组成:Co粉97%~99%、Ni粉0.68%~1.9%、TaC粉0.3%~0.6%、余量为B粉;所述金属陶瓷结合剂由下述重量百分含量的原料组成:AlN粉95%~97%、Al粉1%~2%、余量为Ti粉。
2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片,其特征在于,所述聚晶金刚石复合层中金刚石微粉和纳米金属结合剂的重量百分含量为:金刚石微粉为92%~96%、纳米金属结合剂为4%~8%。
3.根据权利要求2所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片,其特征在于,所述金刚石微粉的粒度为8μm~12μm。
4.根据权利要求3所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片,其特征在于,所述聚晶立方氮化硼复合层中立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂的重量百分含量为:立方氮化硼微粉为95%~97%、金属陶瓷结合剂为3%~5%。
5.根据权利要求4所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片,其特征在于,所述立方氮化硼微粉的粒度小于2μm。
6.一种制备权利要求1至5任一项所述的聚晶金刚石立方氮化硼复合片的方法,包括以下步骤:
按照权利要求1至5任一项所述的质量百分含量的金刚石微粉、纳米金属结合剂、立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂分别称取原料;
然后利用球磨机将称取的金刚石微粉与所述纳米金属结合剂进行混合得到金刚石结合剂混合料;利用球磨机将立方氮化硼微粉和金属陶瓷结合剂进行混合得到立方氮化硼结合剂混合料;其中,球磨机的转速为200r/min~400r/min,料与磨球的比例为1:(4~5),球磨时间为12h~48h;
将硬质合金基体放入钽杯中,在硬质合金基体上表面倒入所述金刚石结合剂混合料并刮平;接着倒入立方氮化硼结合剂混合料并刮平;最后放入硬质合金保护层并扣上钼杯盖得复合体组件;
将所述复合体组件置于真空烧结炉中在真空度小于等于1×10-2Pa、温度750℃~1300℃条件下真空热处理2h~5h;最后将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内,在烧结压力为5.2GPa~5.8 GPa、烧结温度为1350℃~1500℃条件下烧结15min~45min,制得聚晶金刚石立方氮化硼复合片。
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