一种镀镍立方氮化硼复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镀镍立方氮化硼复合材料及其制备方法，该镀镍立方氮化硼复合材料是将镀镍立方氮化硼粉体与结合剂混合后，经放电等离子体烧结制成的；其中，所述镀镍立方氮化硼粉体与结合剂的体积比为(30～90):(10～70)。该镀镍立方氮化硼复合材料所用镀镍立方氮化硼粉体表面金属化，在放电等离子烧结工艺中，有利于脉冲电流在粉体间的传导和放电，烧结的镍金属涂层将cBN颗粒与结合剂牢固结合起来，同时使cBN颗粒内部的缺陷“微裂纹”微小空洞得到弥补，进而提高磨料的颗粒强度；还可以起到隔氧保护、减轻热损伤程度等作用；该镀镍立方氮化硼复合材料致密度高、强度高，具有良好的耐磨性能和长的使用寿命，适合推广使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超硬复合材料
，具体涉及一种镀镍立方氮化硼复合材料，同时还涉及一种镀镍立方氮化硼复合材料的制备方法。
技术介绍
立方氮化硼(cBN)具备许多的优异性能，如高硬度、高耐磨性、高的热稳定性等，cBN的热稳定性和对铁族元素及其合金的化学惰性优于金刚石，因而特别适用于铁系合金的加工磨削，广泛用于钢铁制品的精密加工、研磨。由于合成大尺寸、高质量的cBN单晶非常困难，所以目前通常是将cBN微粉和结合剂制备成cBN/结合剂复合材料来满足工业应用。立方氮化硼聚晶材料是具有卓越性能表现的一种刀具材料，由于其具有与铁族元素非常高的化学惰性，因此在高韧性、高耐磨、高强度黑色金属材料工具的加工中发挥着不可替代的作用。制备立方氮化硼聚晶材料的传统工艺是采用高温高压法，虽然这项技术不断完善，但依然存在着样品尺寸小、设备难以维护调整等诸多问题。放电等离子体烧结工艺是一种新型的材料制备技术，其具有加热速率快、样品尺寸大、设备操作简单、易于维护等优点，近年来获得广泛的应用。现有技术中，赵玉成等在《放电等离子烧结制备立方氮化硼聚晶》(金刚石与磨料磨具工程，2007年8月)一文中，公开了采用放电等离子烧结工艺在氮气气氛中制备以Si3N4-AlN-Al2O3-Y2O3-BN系的立方氮化硼聚晶；其实验方法是采用平均粒径为20～50μm的Si3N4、AlN、Al2O3、Y2O3以及5μm和10μm的cBN微粉配料后，采用湿式球磨混匀，干燥后，将混合粉料装填于石墨模具中，按300℃/min的升温速率升温，在氮气气氛条件下，在1250℃、1350℃、1450℃和30MPa的压力下进行烧结，保温时间为5min，随炉冷却；该方法可制备出致密的立方氮化硼聚晶烧结体，氮化硼依然保持立方结构。CN103920984B公开了一种双材料组合式搅拌摩擦焊搅拌头，解决现有技术存在的搅拌头耐磨性差等问题；其搅拌针是由以下方法制备的：采用颗粒大小为30-50μm、纯度为99.99％的Ni、Co、Ti、In金属混合制备成粉状粘结合金，将其与cBN颗粒(80-120μm)混合均匀，采用放电等离子烧结技术制备cBN超硬耐磨复合材料，制造搅拌针；采用放电等离子烧结技术制备cBN超硬耐磨复合材料的常规工艺参数为：真空度控制在2×102Pa
以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。所得的cBN超硬耐磨复合材料具有一定的致密性、抗冲击性和耐磨性。但是，上述方法中所用的超硬粉体均为cBN粉体，cBN粉体与金属原子键结构有着本质的不同，具有特殊的物理化学性能，表现出非常稳定的电子配位，很难被熔化的金属所润湿。由于cBN粉体与大部分金属、陶瓷甚至树脂等结合剂之间无界面结合力，仅靠结合剂对cBN颗粒的机械镶嵌作用制备刀具或磨具，故在使用过程中易脱落、流失，从而使刀具或磨具的加工效率和使用寿命大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种镀镍立方氮化硼复合材料，解决现有cBN粉体与结合剂之间无界面结合力，仅靠结合剂对cBN颗粒的机械镶嵌作用制备复合材料所造成的加工效率低、使用寿命短的问题。本专利技术的第二个目的是提供一种上述镀镍立方氮化硼复合材料的制备方法。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种镀镍立方氮化硼复合材料，是将镀镍立方氮化硼粉体与结合剂混合后，经放电等离子体烧结制成的；其中，所述镀镍立方氮化硼粉体与结合剂的体积比为(30～90):(10～70)。所述放电等离子体烧结的烧结压力为30～110MPa，烧结温度为800～1450℃，保温时间为10～60min。所述结合剂为金属粉体与陶瓷粉体混合制成的金属陶瓷结合剂；所述金属粉体为Al、Ti中的任意一种或组合，所述陶瓷粉体为TiN、TiC、Al2O3、AlN、Si3N4、Y2O3中的任意一种或组合。优选的，所述金属陶瓷结合剂中，金属粉体的质量百分含量为5％～30％。所述镀镍立方氮化硼粉体是由包括以下步骤的方法制备的：1)取立方氮化硼微粉，依次进行酸化处理和表面活化处理，得活化粉体；2)将步骤1)所得活化粉体置于化学镀液中，在超声条件下进行化学镀镍，后分离，得镀镍立方氮化硼粉体。所用立方氮化硼微粉为微米级。优选的，所述立方氮化硼微粉的粒径为10～40μm。步骤1)中，酸化处理所用的酸为盐酸。所述盐酸的质量浓度为36.5％。酸化处理后，将立方氮化硼微粉用无水乙醇洗至中性。酸化处理的作用是增加立方氮化硼微粉的表面粗糙度，活化立方氮化硼表面，有利于镀覆过程中镍的沉积，同时提高后续镀覆时镀层与微粉的结合力。步骤1)中，所述表面活化处理是指将立方氮化硼微粉浸在氯化钯溶液中，使其表面敏化、活化。表面敏化、活化有利于镀覆过程中镍沉积在立方氮化硼微粉表面。优选的，所述氯化钯溶液的浓度为3～7g/L；浸泡时间为5～15min。步骤1)中，所述还原处理是指将立方氮化硼微粉浸入联氨溶液中进行浸泡还原。优选的，所述联氨溶液的浓度为3～7g/L；浸泡时间为5～15min。经过还原处理的立方氮化硼微粉不经水洗直接加入化学镀液中进行化学镀。步骤2)中，所述化学镀液的主要成分为硫酸镍、联氨、柠檬酸钠和硫脲。优选的，所述化学镀液含有以下浓度的成分：硫酸镍30g/L、联氨20～90g/L、柠檬酸钠20～90g/L、硫脲10～20mg/L。所述联氨在配制化学镀液时，采用质量浓度为80％的水合联氨进行配制。所述化学镀液的用量为：每2～6g活化粉体使用1L化学镀液。步骤2)中，所述超声条件的超声功率为40～60W。超声波有效引起化学镀键的共振，颗粒分散更加均匀，还可以加速物质之间的转化与转动，提高镀液中粒子的分散性，从而提高镀镍质量。步骤2)中，化学镀镍的镀覆时间为30～60min。上述所得的镀镍立方氮化硼，是依次对立方氮化硼(cBN)进行酸化、表面活化、还原的表面处理后，再超声辅助通过化学镀镍的方法制备的；该镀镍立方氮化硼中，镀镍层对立方氮化硼微粉的包覆均匀，镀镍层与立方氮化硼的结合紧密，结合强度高，结合效果好；镀镍层改善了原料立方氮化硼微粉表面棱角分明的情况，增加了表面粗糙度。cBN颗粒表面金属化后，采用该镀镍立方氮化硼制备镀镍立方氮化硼复合材料，镀镍层提高了结合剂对cBN粉体的粘结性能，能够改善结合剂与cBN颗粒之间的结合状态，从而提高复合材料的强度、耐磨性及使用寿命。本专利技术的镀镍立方氮化硼复合材料，是将镀镍立方氮化硼粉体与结合剂混合后，经放电等离子体烧结制成；所用镀镍立方氮化硼粉体表面金属化，在放电等离子烧结工艺中，有利于脉冲电流在粉体间的传导和放电，烧结的镍金属涂层将cBN颗粒与结合剂牢固结合起来，同时使cBN颗粒内部的缺陷“微裂纹”微小空洞得到弥补，进而提高磨料的颗粒强度；还可以起到隔氧保护、减轻热损伤程度等作用；该镀镍立方氮化硼复合材料致密度高、强度高，具有良好的耐磨性能和长的使用寿命，适合推广使用。一种上述的镀镍立方氮化硼复合材料的制备方法，包括将镀镍立方氮化硼粉体与结合剂混合后，经放电等离子体烧结，即得；其中，所述镀镍立方氮化硼粉体与结合剂的体积比为(30～90):(10～70)。本专利技术的镀镍立方氮化硼复合材料的制备方法中，镀镍立方氮化硼粉体良好的导电性有利于放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镀镍立方氮化硼复合材料，其特征在于：是将镀镍立方氮化硼粉体与结合剂混合后，经放电等离子体烧结制成的；其中，所述镀镍立方氮化硼粉体与结合剂的体积比为(30～90):(10～70)。

【技术特征摘要】
1.一种镀镍立方氮化硼复合材料，其特征在于：是将镀镍立方氮化硼粉体与结合剂混合后，经放电等离子体烧结制成的；其中，所述镀镍立方氮化硼粉体与结合剂的体积比为(30～90):(10～70)。2.根据权利要求1所述的镀镍立方氮化硼复合材料，其特征在于：所述放电等离子体烧结的烧结压力为30～110MPa，烧结温度为800～1450℃，保温时间为10～30min。3.根据权利要求1所述的镀镍立方氮化硼复合材料，其特征在于：所述结合剂为金属粉体与陶瓷粉体混合制成的金属陶瓷结合剂；所述金属粉体为Al、Ti中的任意一种或组合，所述陶瓷粉体为TiN、TiC、Al2O3、AlN、Si3N4、Y2O3中的任意一种或组合。4.根据权利要求1所述的镀镍立方氮化硼复合材料，其特征在于：所述镀镍立方氮化硼粉体是由包括以下步骤的方法制备的：1)取立方氮化硼微粉，依次进行酸化处理、表面活化处理和还原处理，得活化粉体；2)将步骤1)所得活化粉体置于化学镀液中，在超声条件下进行化学镀镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷君，
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