[發明專利]一種超硬刀具復合材料

有效

• 申請號: 200910114060.5
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN101591194A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 姜偉;李吉剛;馮吉福;李立惟;王進保;周衛寧
• 申請（專利權）人: 桂林礦產地質研究院
• 主分類號: C04B35/81
• 分類號: C04B35/81;C04B35/52;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 馬 蘭

技術領域：

本發明涉及超硬材料技術領域，具體為一種超硬刀具復合材料。?

背景技術：

在機械制造業中，要用切削刀具將金屬切削加工成各種機械零件，這些切削刀具大多數都是由高速鋼材料制成。由于切削刀具表面與金屬切屑之間的強烈摩擦和金屬的強烈變形，都產生了大量的熱，因此切削刀具的工作溫度很高，這會降低切削刀具的硬度和使用壽命。?

金剛石或立方氮化硼(CBN)作為一種超硬材料，具有極高的硬度和耐磨性，由它們合成的復合材料制成的刀具特別適合加工那些難加工的材料。如以金剛石顆粒合成的復合片具有極高的硬度和耐磨性，適合高速車削常規刀具難加工的高硅鋁合金(≥10％Si)，而以CBN顆粒合成的復合片具有較高的硬度和耐熱性能，適合高速車削高硬度的黑色金屬，如鑄鐵類、粉末合金類、淬火剛等材料。?

近年來在車削領域提出了高效高精綠色加工的要求，這就要求切削刀具材料具有高的耐熱性和良好的抗沖擊性能。而普通的金剛石或PCBN復合片很難滿足這種發展趨勢。為了提高切削刀具材料的耐熱性和抗沖擊性能，已有報道的，可通過超硬材料顆粒的尺寸配比或采用過渡層或是添加耐高溫陶瓷等方式進行。如歐洲專利NO.EP19950305968為了增韌PCBN復合片，公開了采用在碳化硅晶須上鍍氮化鈦的方式燒結PCBN復合材料；該專利所述方法在碳化硅上鍍氮化鈦雖然能很好的保護晶須的完整性，但鍍覆溫度高、成本高，且不利于PCBN復合材料的結構致密性。又如國家知識產權局2006年10月25日公開的公開號為CN1850402A的專利，公開了一種切削刀具材料表面的TiN雙層薄膜鍍層及其制備方法，通過在切削刀具材料表面上首先采用磁過濾器鍍覆一層納米級顆粒TiN薄膜，然后再采用普通多弧鍍靶鍍覆一層微米級顆粒TiN薄膜，以提高切削刀具的抗磨損性及使用壽命。但通過選用表面鍍覆金屬鈦的金剛石粉或CBN粉和包裹金屬后的陶瓷晶須達到以上目的的還未見有報道。?

發明內容：

本發明要解決的技術問題是提供一種耐熱性及耐沖擊性好，使用壽命長的超硬刀具復合材料。?

本發明所述超硬刀具復合材料，它的組成比例為(體積比)：?

表面鍍鈦的金剛石粉或CBN粉40～90％、粘接劑10～60％；?

其中，粘接劑為：?

①表面包裹金屬的陶瓷晶須；或者是?

②表面包裹金屬的陶瓷晶須和元素周期表中的IVB族、VB族或VIB族的一種或多種金屬的氮化物、碳化物或碳氮化物的組合物；或者是?

③表面包裹金屬的陶瓷晶須和元素周期表中的VIII族、IIIA族、IVA族或VA族的一種或多種元素的化合物的組合物；?

所述表面包裹金屬的陶瓷晶須中，陶瓷晶須占陶瓷晶須和金屬體積總和的20～45％(體積)；?

當粘接劑為上述②或③時，表面包裹金屬的陶瓷晶須在粘接劑中占的比例為10～35％(體積)。?

上述技術方案中：?

所述表面鍍鈦的金剛石粉或CBN粉是指在金剛石粉或CBN粉的表面已形成一層金屬鈦膜的金剛石粉或CBN粉，較好的是粉體表面由內到外分別是鈦的化合物(與金剛石或CBN反應形成)和金屬鈦層；所選用的將要進行鍍鈦的金剛石粉或CBN粉為微米級，粒徑均為≤30微米，在具體制作時，可采用幾種不同粒徑的同一類超硬材料相互配合，使制得的超硬刀具復合材料的致密性更好。對金剛石粉或CBN粉鍍鈦時，可以現有技術進行鍍覆，具體可采用真空微蒸發鍍鈦技術，在650℃左右的溫度下進行。金剛石粉或CBN粉表面的金屬鈦膜的厚度為100～400納米，優選250～350納米；增重在5～35％(重量)范圍內，優選15～30％。所述金剛石粉鍍鈦后，在其表面形成一層鈦膜，并發生化學反應(C_d(C_g)+Ti→TiC)；CBN粉鍍鈦后，在其表面也形成一層鈦膜，并發生化學反應(BN+Ti→TiN/TiB₂)；通過鍍覆金屬鈦，可使金剛石粉或CBN粉的耐熱性能提高200℃，耐沖擊性提高8％～15％；而且由于鍍覆金屬鈦時產生了化學反應，使得表面的金屬鈦膜與金剛石單晶或CBN粉之間的結合更為牢固。?

用以包裹陶瓷晶須的金屬為選自鈷、鎳、鐵和鋁中的一種或多種，其中，在以表面鍍鈦的金剛石粉和粘接劑組成的超硬刀具復合材料中，用以包裹陶瓷晶須的金屬以選自鈷、鎳和鐵中的一種或多種為好，而在以CBN粉和粘接劑組成的超硬刀具復合材料中，用以包裹陶瓷晶須的金屬以選自鈷、鎳和鋁中的一種或多種為好。?