[發(fā)明專利]一種PCBN專用氧化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑

在審

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• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105603287A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王秦生;穆云超;梁寶巖
• 申請（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號: C22C29/12
• 分類號: C22C29/12;C22C30/00
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民;許延麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于立方氮化硼聚晶（下稱PCBN）超硬材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體說是涉及一 種PCBN專用氧化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑。

背景技術(shù)

現(xiàn)在制造立方氮化硼聚晶使用的結(jié)合劑，有三類：1．金屬結(jié)合劑，由金屬或合金組 成；2．陶瓷結(jié)合劑，僅陶瓷組成。3．金屬陶瓷結(jié)合劑，由陶瓷和金屬或合金組成。通常用一種 金屬和一種陶瓷組成，例如Ni-Si₃N₄。使用的合金，常用二元合金，例如Ti-Al，至多用到三元 合金，例如Ti-Al-Mo。

現(xiàn)有PCBN結(jié)合劑存在的問題是：1.聚晶燒結(jié)溫度和壓力很高；2.聚晶產(chǎn)品硬度和 強度不夠高；3.聚晶組織和性能均勻性差，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

由于存在這些問題，PCBN聚晶產(chǎn)品的應(yīng)用受到限制，特別是作為刀具用的聚晶還 不過關(guān)，對一些硬韌合金鋼材料加工效果差，還有一些高硬度金屬材料難以加工。例如，加 工鑄鐵，現(xiàn)在無論是金剛石聚晶或是PCBN聚晶，加工效果都不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種PCBN專用 氧化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑。

本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)措施來實現(xiàn)：

本發(fā)明的PCBN專用氧化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑是由下述質(zhì)量百分比的原料組成，其 中：高熵合金30%～65%、氧化物陶瓷35%～70%。優(yōu)選方案是由高熵合金40%，氧化物陶瓷60% 組成。

本發(fā)明中所述高熵合金包括下述質(zhì)量百分比的原料組成，其中：鉻15%～25%、鎢 15%～25%、鋯15%～25%、鈷10%～20%、鋁10%～20%，以及0%～5%的鈹；且所述高熵合金為粒徑 5～40μm的粉末顆粒。

本發(fā)明中所述高熵合金優(yōu)選方案是由鉻25%、鎢20%、鋯20%、鈷15%、鋁15%、鈹5%組 成。

本發(fā)明中所述氧化物陶瓷是由下述質(zhì)量百分比的原料組成，其中：氧化鋁55%～ 95%、氧化鋯5%～45%；且所述氧化物陶瓷為粒徑5～40μm的粉末顆粒。

本發(fā)明中所述氧化物陶瓷優(yōu)選方案是由氧化鋁70%，氧化鋯30%組成。

本發(fā)明的結(jié)合劑用量如下：在高壓高溫合成PCBN的制造工藝中，氧化物基高熵合 金陶瓷結(jié)合劑與立方氮化硼（CBN）配料的質(zhì)量比為：

結(jié)合劑：CBN=15%～40%：60%～85%。

優(yōu)選：結(jié)合劑20%，CBN80%。

本發(fā)明的高熵合金可以形成高混合熵穩(wěn)定的固溶體，產(chǎn)生多種特殊效應(yīng)，例如熱 力學(xué)上的高熵效應(yīng)，結(jié)構(gòu)上的晶格畸變效應(yīng)、多組元之間的協(xié)同效應(yīng)以及性能上的“雞尾 酒”效應(yīng)等。因此，與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金更容易實現(xiàn)均質(zhì)化和合金化，合金熔點更低， 具有一些傳統(tǒng)合金所無法比擬的優(yōu)異性能，例如高強度、高硬度、高耐磨、高電阻、高熱阻、 耐腐蝕性等。

因此，高熵合金作為結(jié)合劑應(yīng)用于PCBN高壓高溫燒結(jié)，有利于實現(xiàn)燒結(jié)過程，降低 燒結(jié)條件（燒結(jié)壓力、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間），提高和穩(wěn)定聚晶產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.降低CBN聚晶燒結(jié)壓力和溫度。傳統(tǒng)工藝常用壓力為4.5～6.5GPa，加熱至1450～ 1650℃。與原有工藝相比，表觀壓力（100MPa）降低1～5ＭPa（相當于壓力降低1%～5%）, 溫度下降10～50℃。

2.有效地提高PCBN聚晶質(zhì)量。生產(chǎn)的聚晶具有高硬度（維氏硬度38～50GPa）、高 強度、高耐磨、耐腐蝕性等特點。這種聚晶成功用于制造切削刀具，可以加工既硬又韌的耐 高溫難加工合金鋼等黑色金屬材料。

3.提高了高壓高溫燒結(jié)工藝過程和聚晶質(zhì)量的穩(wěn)定性。產(chǎn)品優(yōu)等品率可提高5%～ 10%，優(yōu)等品率達到90%以上。

具體實施方式

本發(fā)明以下將結(jié)合實施例作進一步描述：

實施例1

1、高熵合金粉的制備：

⑴按質(zhì)量百分比取：鉻25%、鎢20%、鋯20%、鈷15%、鋁15%、鈹5%。

⑵通過粉碎、篩分工序?qū)⑸鲜鲈现苽涑蔀榱?0μm的粉末顆粒。

⑶高熵合金粉的配制方法可采用下述兩種方法之一來進行：