本发明专利技术涉及一种纳米金属结合剂，该结合剂由下述重量百分含量的原料组成：TiN粉35～40%、TiC粉20～25%、Si3N4粉15～20%、Co粉15～20%和Al粉10～20%。本发明专利技术还公开了一种使用所述纳米金属结合剂制成的聚晶CBN复合片，其包括CBN聚晶层和硬质合金基片，该CBN聚晶层由下述重量百分含量的原料组成：CBN粉55－95%和纳米金属结合剂5－45%。本发明专利技术聚晶CBN复合片通过在聚晶层配方中采用纳米金属结合剂，突破了PCBN复合片高抗冲击韧性和高抗弯强度的技术瓶颈，增加了刀具的抗冲击性能，延长的刀具的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于立方氮硼与硬质合金复合刀具材料领域，具体涉及一种纳米金属结合剂及使用该结合剂制成的聚晶CBN复合片，其可用于铸铁、淬火钢，粉末冶金，耐热钢等难加工的半精车、精车和铣削。
技术介绍
聚晶立方氮化硼复合片(PCBN)材料具有高的硬度和耐磨性、很高的热稳定性和高温硬度、优良化学性能。聚晶立方氮化硼复合片于上世纪由美国GE公司首先研制成功。由于较好的稳定性及导热性和较低的摩擦系数，PCBN作为刀具材料的应用越来越广泛。经过30多年的发展，国外对PCBN刀具的研究已基本进入成熟阶段，产品也向多样化、系列化方向发展。 虽然我国对PCBN材料的研究与制造开始也较早，但是由于以前国内制造业习惯采用硬质合金和普通的磨料磨具加工铁系金属，因此限制了对PCBN刀具的应用和开发。目前，国内能够制造PCBN的厂家虽然数量较多，但总体来说国内的PCBN较国外产品无论从质量上、规格上还是品种上都有一定的差距。因此，在汽车工业等重点用户进行难加工材料的切削方面，我国PCBN刀片大部分还是依赖进口。国产PCBN产品由于配方与工艺的限制，存在的问题有I)复合片磨耗比为4000 6000 (国外为8000 I万左右)。2)复合片热稳定性国内产品在700°C烧结以后，产品磨耗比下降，抗冲击性能下降，这与各个单位所采用的配方和工艺不同有关，国外复合片的磨耗比和抗冲击韧性烧结前后变化不大。
技术实现思路
为克服现有技术不足，本专利技术目的在于提供一种纳米金属结合剂及使用该结合剂制成的聚晶CBN复合片，其具有高的抗冲击韧性和抗弯强度。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 一种纳米金属结合剂，该结合剂由下述重量百分含量的原料组成TiN粉35 40%、TiC粉20 25%、Si3N4粉15 20%、Co粉15 20%和Al粉10 20%。所述结合剂的各原料以使用分析纯为佳，TiN, TiC和Si3N4粒径在8 12nm，Co粉和Al粉粒径在22 36nm时效果较好，更利于增强聚晶CBN复合片的抗冲击性能。一种使用上述纳米金属结合剂制成的聚晶CBN复合片，包括CBN聚晶层和硬质合金基片，其中，CBN聚晶层由下述重量百分含量的原料组成CBN粉(粒径在I 3Mm之间为佳)55 - 95%和纳米金属结合剂5 - 45%。所述硬质合金基片由下述重量百分含量的原料组成碳化钨(WC)粉87. 5 88. 5%和钴粉11. 5 12. 5%。该CBN聚晶层和硬质合金基片利于增加CBN复合片的抗冲击性能，延长使用寿命。WC粉粒径在I. 6 2. 2Mm，钴粉粒径在I. O I. 2Mm之间时效果较好。硬质合金基片的制备采用本领域的常规方法即可实现，在本专利技术中其创新点在于配方。上述聚晶CBN复合片的制备方法，其包括如下步骤 1)净化与还原处理将CBN粉先用30— 35%的氢氧化钠水溶液煮沸2 — 5min，蒸馏水洗涤至中性，然后用王水煮沸2 — 5min，并用蒸馏水洗涤至中性，备用；将纳米金属结合剂在氢气还原炉中于730 — 750°C还原处理I. 5 — 2h，备用； 2)混料按比例称取处理过的CBN粉和纳米金属结合剂，然后用行星式球磨机进行混料，具体參数如下料与硬质合金球(￠5)重量比I : 2.5 — 3;从球磨罐端部接ロ处充入液氮，液氮与料和球的体积比为I : I 一 I. 5;行星式球磨机參数公转50±5 r/min，自转100±5 r/min，球磨时间:20±5小时； 3)复合体组装与真空处理将混合好的CBN粉和纳米金属结合剂倒入圆柱形金属杯内，然后放入硬质合金基片并扣上金属杯盖；将复合体组件置于真空设备中，在不大于 3 X KT4Pa的真空条件下于700 - 750°C保温I. 5 — 2. 5小时； 4)高温高压烧结将真空处理过的复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机在温度为1450±20°C、压カ为5. 5 — 6GPa的条件下合成15 — 25min。本方法中所用六面顶压机合成设备采用六缸不等压方式(上下缸压カ高于水平缸压カ5%)，并通过上下顶锤加热实现复合片高温高压烧结。本专利技术研究了该聚晶CBN复合片的微观结构，发现纳米金属结合剂与立方氮化硼(CBN)之间具有良好的结合性能，说明纳米材料结合剂在高温高压下具有较好的烧结促进作用，其主要特征表现为在高温高压下，由于纳米材料扩散到立方氮化硼表层或渗透到晶格缺陷中，在某种程度上软化了立方氮化硼颗粒，以致这些颗粒在高温高压下能挤的更紧、接触面积更大，增强自身的结合能力，减少孔隙存在，有助于烧结而提高PCBN内立方氮化硼的体积比，有利于形成强韧的烧结体，増加了刀具的抗冲击性能，延长的刀具的使用寿命。通过调整CBN聚晶层配方和选择硬质合金牌号，解决聚晶层与硬质合金衬底之间由于热膨胀系数及弹性模量差异而导致的分层和裂纹等现象，強化了 CBN聚晶层与硬质合金基片之间的结合。其主要特征表现为CBN聚晶层配方中加入具有烧结促进作用的纳米金属结合剂，有利于钴在接合处的扩散，防止在界面上汇集，減少了由于CBN聚晶与硬质合金在热膨胀系数和弹性模量方面差异而造成的负面影响，削減接合处残余应力。本专利技术聚晶CBN复合片在制备过程中，为解决纳米材料混料均匀性问题，在行星式球磨机上利用液氮球磨技术进行混料,混料过程中球磨罐内粉料始终处于惰性液态流动状态，使所磨的材料更加均匀，井能解决部分材料的沉底和粘罐问题。混料机理行星式球磨是在一大盘上装有四个硬质合金球磨罐，球磨介质采用硬质合金球，当大盘转云力(公转)时，磨罐在其公转轨道上作自转运动(公转自转速比I :2)，大盘和球磨罐在做行星运动的同时，又可在一立体空间范围内做360°翻斗式翻转，粉料在球磨罐内始终处于惰性液态流动状态。此外，利用真空高温脱气的方式，将复合体粉末料中的挥发性杂质完全除去，彻底消除其对CBN复合片烧结产生的不利影响。本专利技术聚晶CBN复合片通过在聚晶层配方中采用纳米金属结合剂，利用纳米技术合理安排与选择配方，突破了 PCBN复合片高抗冲击韧性和高抗弯强度的技术瓶颈。与现有的聚晶CBN复合片相比磨耗比由4000 6000万提高到8000 9000万；热稳定性在700°C烧结以后，产品磨耗比下降，抗冲击性能下降，但产品的磨耗比和抗冲击韧性烧结前后变化不大。说明纳米材料结合剂在高温高压下具有较好的烧结促进作用，有助于烧结而提高PCBN内立方氮化硼的体积比，有利于形成强韧的烧结体，增加了刀具的抗冲击性能，延长的刀具的使用寿命。具体实施方式 以下以通过优选实施例对本专利技术工艺作进一步的详细说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例I 一种使用纳米金属结合剂制成的聚晶CBN复合片，包括CBN聚晶层和硬质合金基片，其中，CBN聚晶层由下述重量百分含量的原料组成CBN粉(I 3Mm) 55%和纳米金属结合剂45%，硬质合金基片由下述重量百分含量的原料组成WC粉(I. 6-2. 2Mm) 87. 5 88. 5%和分析纯钴粉(1-1. 2Mm)ll. 5% 12. 5% ;所述纳米金属结合剂由下述重量百分含量的原料组成分析纯TiN粉(8 12nm) 40%、分析纯TiC粉(8 12nm) 20%、分析纯Si3N4粉(8 12nm) 15%、分析纯 Co本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米金属结合剂，其特征在于，该结合剂由下述重量百分含量的原料组成：TiN？粉35～40%、TiC粉？20～25%、Si3N4粉15～20%、Co粉15～20%和Al粉10～20%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢灿华，张涛，刘俊涛，窦明，
申请(专利权)人：中南钻石股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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