[發明專利]一種金剛石多層復合刀具及其制備方法

在審

• 申請號: 201711067054.X
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN109746448A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 王麗娜;燕會丹;周青
• 申請（專利權）人: 河南海納德新材料有限公司
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F5/00;B22F3/14;B22F1/00;C22C26/00;C22C29/14;C22C29/16
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 黃軍委

本發明提供一種金剛石多層復合刀具，它包括硬質合金基體和依次設置在所述硬質合金基體表面的金剛石?碳化鋯復合層、二硼化鈦復合層與聚晶立方氮化硼層，所述金剛石多層復合刀具具有硬度高、韌性好的優點，適于工業切削。本發明還提供一種上述金剛石多層復合刀具的制備方法。

技術領域

本發明屬于超硬材料領域，具體地，涉及一種金剛石多層復合刀具及其制備方法。

背景技術

金剛石與立方氮化硼是目前工業中應用最廣泛的兩種超硬材料。金剛石是自然界中已知最硬的物質，具有極高的耐磨性、抗壓強度、熱導率，大顆粒金剛石單晶價格昂貴且具有解理面，金剛石顆粒尺寸限制了很多其功能性的應用，工業中很多領域使用性價比更高的聚晶金剛石材料來代替金剛石單晶。

聚晶金剛石被廣泛應用于非鐵金屬和不含鐵合金的切削加工，石油天然氣及礦業勘采，木質地板加工等領域。立方氮化硼的硬度約為金剛石的一半，是僅次于金剛石的第二硬材料，但是立方氮化硼擁有比金剛石更高的熱穩定性且不易和鐵元素發生化學反應，因而可以用來加工鐵金屬或含鐵合金，立方氮化硼單晶價格昂貴且具有解離面，工業中很多領域使用性價比更高的聚晶立方氮化硼材料來代替立方氮化硼單晶。聚晶立方氮化硼由于具有較高的紅硬性，較高的耐磨性以及高的熱穩定性而被廣泛應用于鐵金屬和含鐵合金的切削加工。

立方氮化硼-金剛石復合材料兼顧了聚晶金剛石與聚晶立方氮化硼的優點，統傳的立方氮化硼-金剛石復合燒結體是在人造立方氮化硼和金剛石微粉中加入Co、Ni、TiC、TiN等金屬粉末均勻混合后，在高壓高溫下燒結而成的一種超硬復合材料，它在宏觀上表現出各向同性和較高的硬度及韌性，在某些方面的應用性能優于聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼。但是，由于聚晶金剛石和聚晶氮化硼在導熱性能、熱膨脹性能等方面的差異，使得立方氮化硼-金剛石復合材料的韌性較差，易崩裂。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種金剛石多層復合刀具及其制備方法，以解決上述問題。

具體地，本發明采取如下技術方案：

一種金剛石多層復合刀具，它包括硬質合金基體和依次設置在所述硬質合金基體表面的金剛石-碳化鋯復合層、二硼化鈦復合層與聚晶立方氮化硼層。

基于上述，所述金剛石-碳化鋯復合層包括以下質量份的原料：金剛石粉49～57份、碳化鋯粉(CZr)42～54份、鎢粉(W)3～7份和硼粉(B)0.5～1.5份。

基于上述，所述二硼化鈦復合層包括以下質量份的原料：二硼化鈦粉(TiB₂)90～97份、鎳粉(Ni)0.3～1.5份、二硅化鈦粉(TiSi₂)1.5～6.5份和石墨烯粉0.2～0.5份。

基于上述，所述聚晶立方氮化硼層包括以下質量份的原料：立方氮化硼粉93～99份、鋁粉(Al)3～8份、二硅化鈦粉(TiSi₂)0.5～1份和石墨烯粉0.2～0.5份。

基于上述，所述硬質合金的厚度為5～15mm，所述金剛石-碳化鋯復合層的厚度為1～2mm，所述二硼化鈦復合層的厚度為0.3～1mm，所述聚晶立方氮化硼層的厚度為3～5mm。

一種上述金剛石多層復合刀具的制備方法，其包括以下步驟：

先將所述硬質合金基體、所述金剛石-碳化鋯復合層的原料、所述二硼化鈦復合層的原料和所述聚晶立方氮化硼層的原料依次裝入金屬鈮杯中，分層壓實定型，再在6～7GPa、1600～1800℃條件下燒結10～25min，得到所述金剛石多層復合刀具。

基于上述，按質量份計，所述金剛石-碳化鋯復合層的原料包括：金剛石粉49～57份、碳化鋯粉42～54份、鎢粉3～7份和硼粉0.5～1.5份。