【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超硬材料领域，具体涉及一种镀钛超硬磨料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、超硬磨料包括金刚石、立方氮化硼等，常用于制造切割片等磨削工具。在超硬磨料表面镀敷钛、镍等金属层，不仅能够修复磨料表面的缺陷从而提高超硬磨料自身的强度，还能润湿超硬磨料表面使其能以更高的结合力和切割片的胎体结合为一体。
2、除此之外，利用常用的钛、镍等金属镀敷超硬磨料制成的切割片，还能够在热条件下保护超硬磨料，减少热、氧气等对超硬磨料的侵蚀；其中，所述热条件包括切割片在打磨工件过程中会产生高的热量，以及热压烧结制备切割片过程中承受的900℃左右的高温。但是，钛、镍对热的耐受力有限，在高温下，若温度过高或者持续时间较长，会发生氧化、剥落，从而使其提高和切割片胎体结合力、提高对硬质磨料的保护力的作用降低。
3、厦门竑锋金刚石工具有限公司的中国专利技术专利申请cn 117004909 a中公开了一种金刚石表面镀钛复合结构及制造方法，该镀钛复合结构包括金刚石与包裹在金刚石外壁面的tic层及纯ti金属层，所述纯ti金属层包裹在tic层的外壁面；该镀钛复合结构主要通过将金刚石颗粒、三氯化钛和氢化钛粉末混合物在，压力为1～10 pa的真空环境下加热至923～1073 k的“真空蒸发镀覆”方法制得。但利用所述镀钛复合结构制成的切割片，在应用过程中，于650℃时ti表面就开始形成氧化斑点，进一步提高温度会加剧氧化反应，若氧化反应深入至整个ti镀层，将使得对超硬磨料的保护作用局部失效，而且较大厚度的ti氧化层，会引起ti镀层的大面积脱落，从
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的一个目的是提供一种镀钛超硬磨料及其制备方法，能够提高镀层对热的抵抗力，降低热对镀层的影响，防止镀层的热失效，进而在高温条件下能更好地保护超硬磨料。
2、本专利技术的另一个目的是提供一种上述镀钛超硬磨料在磨削工具中的应用，减少或避免镀层在高热环境中大面积脱落，提高磨削工具在高温条件下的使用寿命。
3、具体地，本专利技术提供的技术方案如下：
4、一种镀钛超硬磨料，包括超硬磨料以及包覆在所述超硬磨料表面ti复合镀层，其中，所述ti复合镀层包括由内至外镀敷在所述超硬磨料表面的ti底层、tic热氧化屏障层及ti表面层。
5、本专利技术中的“由内至外”是指由位于核心的超硬磨料朝向位于外部的ti复合镀层的方向。
6、所述tic热氧化屏障层主要用于提高ti复合镀层对热的耐受力，tic在空气具有较高的耐热性，通常在空气超过2000℃时才会发生热侵蚀，纯氧环境中温度达到1150℃才被氧化。因此，所述tic热氧化屏障层具有较好的耐热性和抗氧化性，能够有效防止所述ti复合镀层在高热环境中，尤其是高于650℃的环境中热失效，防止所述ti底层大块脱落的固定层。优选地，在所述ti复合镀层中，tic热氧化屏障层的厚度最薄，即小于所述ti底层及ti表面层的厚度。所述热氧化屏障层的厚度即使较薄也能起到作用，但太厚将会降低与ti底层和ti表面层的粘附作用，所以，所述tic热氧化屏障层的厚度优选为大于等于50 nm且小于等于150 nm，如50 nm、60 nm、70 nm、80 nm、90 nm、100 nm、110 nm、120 nm、130 nm、140nm、150 nm等。
7、所述ti底层作为粘结层，主要是为了润湿超硬磨料，并与之形成粘结，且和超硬磨料形成牢固的化学键合，以提高所述tic热氧化屏障层和超硬磨料之间的结合力。所述超硬磨料为cbn、金刚石等材料，所述ti底层可与cbn键合形成tib、tib2、tin，也可与金刚石键合形成tic。所述ti底层的厚度大于ti表面层的厚度，优选地，所述ti底层的厚度为250-400nm，更优选为260-350 nm。
8、所述ti表面层作为粘结层，则主要是为了与磨削工具的磨削部分的胎体材料粘结，提高磨削工具磨削部分胎体与镀钛超硬磨料之间的结合力，防止镀钛超硬磨料在高温下从胎体上脱落。其中，所述磨削工具磨削部分的胎体可以为金属胎体、陶瓷胎体等。所述ti表面层的厚度较薄，即使因没有所述tic热氧化屏障层的保护而发生氧化，那么氧化层的厚度也不会很厚，从而使得ti的氧化得到了最大限度的降低，超硬磨料外表面上的ti复合镀层也难以发生脱落。因此，所述ti表面层的厚度优选地不小于200 nm，更优选地，所述ti表面层的厚度为200-300 nm，确保对磨削工具胎体的粘结强度。
9、为了进一步抑制所述ti表面层的被高温氧化，所述ti表面层的中间还包含厚度小于等于70 nm的tic表面插层，即，所述ti表面层由内至外依次包括层叠设置的ti内表面层、tic表面插层和ti外表面层，其中，所述ti内表面层直接镀敷在所述tic热氧化屏障层的表面，所述ti外表面层为所述ti复合镀层的最外层。由于所述ti表面层的本身厚度有限，所述tic表面插层的厚度过厚，会使ti表面层脆化，粘附能力降低，因此，所述tic表面插层的致密度及晶体质量大于所述tic热氧化屏障层的致密度及晶体质量，且所述tic表面插层厚度小于所述tic热氧化屏障层的厚度，如此，能够在提升所述ti表面层抗氧化性的同时还能防止其粘附性降低。
10、本专利技术还提供一种上述镀钛超硬磨料的制备方法，该制备方法主要采用放电等离子烧结法或真空微蒸发法，具体包括：
11、步骤一、先将超硬磨料、钛粉和石墨粉装入碳杯中，再将装有所述超硬磨料、钛粉、石墨粉的碳杯置于反应腔中，并抽真空；
12、步骤二、将所述反应腔中的碳杯加热至所述钛粉的沉积温度，镀敷在所述超硬磨料的表面，形成预ti底层；
13、步骤三、将所述反应腔的温度加热升至tic的沉积温度，使所述预ti底层的表面与石墨粉反应形成tic热氧化屏障层，从而在所述超硬表面依次镀敷形成ti底层和所述tic热氧化屏障层；
14、步骤四、先迅速降低所述反应腔的温度，终止所述预ti底层与石墨粉反应；再缓慢升温至所述碳杯中的钛粉的沉积温度，使所述碳杯中的钛粉熔融镀敷在所述tic热氧化屏障层的表面，形成ti表面层，制得所述镀钛超硬磨料。
15、上述镀钛超硬磨料可以采用真空微蒸发法或者放电等离子烧结法制备，在制备过程中，若制备温度过高会对金刚石、cbn等超硬磨料形成热侵蚀，制备温度过低则不能实现在超硬材料表面首先形成ti底层。所以，在镀钛超硬磨料的制备过程中，以超硬磨料、钛粉和石墨粉为原料，其中，石墨作为碳源，参与反应温度适中，能够确保先在较低温度下在超硬材料表面镀敷形成ti底层，然后再升温形成tic热氧化屏障层。虽然现有技术中tin也可以作为热氧化屏障层，但是现有的氮源参与反应的温度不是过低就是过高，难以制得上述镀钛超硬磨料，即，若以tin作为热氧化屏障层，则在制备上述镀钛超硬磨料的过程中存在氮源不容易选择的问题。
16、在步骤一中，所述钛粉和超硬磨料的重量比不大于1:8，若超过该比例，镀覆后的磨料容易粘结为一体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镀钛超硬磨料，包括超硬磨料以及包覆在所述超硬磨料表面Ti复合镀层，其特征在于，所述Ti复合镀层包括由内至外镀敷在所述超硬磨料表面的Ti底层、TiC热氧化屏障层及Ti表面层；
2.根据权利要求1所述的镀钛超硬磨料，其特征在于，所述Ti表面层由内至外依次镀敷在所述TiC热氧化屏障层表面的Ti内表面层、TiC表面插层和Ti外表面层，其中，所述TiC表面插层的致密度大于所述TiC热氧化屏障层的致密度；
3.一种权利要求1所述的镀钛超硬磨料的制备方法，该制备方法主要采用放电等离子烧结法或真空微蒸发法形成所述Ti复合镀层，包括步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤四包括：先将所述反应腔迅速降温至400～600℃，再缓慢升温速度升至700-800℃，并恒温，使所述碳杯中未反应的钛粉熔融镀敷在所述TiC热氧化屏障层的表面，形成所述Ti表面层，制得所述镀钛超硬磨料；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤四包括：先将所述反应腔温度迅速降至400～600℃，再缓慢升温至700-800℃并恒温，使所述碳杯中
6.根据权利要求3或4或5所述的制备方法，其特征在于，进一步包括步骤五、从所述步骤四得到的装有所述镀钛超硬磨料的碳杯中取料，过筛去除未反应的石墨粉和钛粉，得到镀钛超硬磨料。
7.根据权利要求3或4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二包括：将装有所述超硬磨料、钛粉和石墨粉的碳杯加热至700～830℃，进行真空微蒸发处理或放电等离子烧结处理，使部分钛粉熔融包覆在所述超硬磨料的表面，形成所述预Ti底层；此时，所述碳杯中装有的物料包括形成有预Ti底层的超硬磨料、石墨粉及未反应的钛粉；
8.根据权利要求3或4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三包括：将所述反应腔的温度加热升至850-1000℃，对所述碳杯中的物料进行真空微蒸发处理或放电等离子烧结处理，使所述预Ti底层的外表面与石墨粉反应形成TiC热氧化屏障层，剩余未与石墨粉反应的预Ti底层包覆在所述超硬材料的表面，形成最终的Ti底层，此时，所述碳杯中的物料包括形成有TiC热氧化屏障层及Ti底层的超硬磨料、未反应的石墨粉及未反应的钛粉。
9.根据权利要求3或4或5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述钛粉和超硬磨料的重量比不大于1:8；所述钛粉和石墨粉的重量比为1 : (0.2～0.35)。
10.一种权利要求1或2所述的镀钛超硬磨料在制备磨削工具中的应用；
...【技术特征摘要】
1.一种镀钛超硬磨料，包括超硬磨料以及包覆在所述超硬磨料表面ti复合镀层，其特征在于，所述ti复合镀层包括由内至外镀敷在所述超硬磨料表面的ti底层、tic热氧化屏障层及ti表面层；
2.根据权利要求1所述的镀钛超硬磨料，其特征在于，所述ti表面层由内至外依次镀敷在所述tic热氧化屏障层表面的ti内表面层、tic表面插层和ti外表面层，其中，所述tic表面插层的致密度大于所述tic热氧化屏障层的致密度；
3.一种权利要求1所述的镀钛超硬磨料的制备方法，该制备方法主要采用放电等离子烧结法或真空微蒸发法形成所述ti复合镀层，包括步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤四包括：先将所述反应腔迅速降温至400～600℃，再缓慢升温速度升至700-800℃，并恒温，使所述碳杯中未反应的钛粉熔融镀敷在所述tic热氧化屏障层的表面，形成所述ti表面层，制得所述镀钛超硬磨料；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤四包括：先将所述反应腔温度迅速降至400～600℃，再缓慢升温至700-800℃并恒温，使所述碳杯中未反应的钛粉熔融，在所述tic热氧化屏障层的表面镀敷预ti内表面层；然后，将温度缓慢升至850-1000℃并恒温，使部分所述预ti内表面层与石墨粉反应形成tic表面插层，以在所述tic热氧化屏障层表面形成ti内表面层和tic表面插层；之后，再次先迅速降温至400～600℃，再缓慢升温至700-800℃并恒...
【专利技术属性】
技术研发人员：董永芬，
申请(专利权)人：河南富莱格超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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