[發明專利]一種增強PcBN復合片界面結合能力的制備方法

在審

• 申請號: 202111189632.3
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113941708A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 吳一;孫愛玲
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F9/04;B22F1/17;B22F1/142;B22F1/145;C22C29/08;C23C14/16;C23C14/35
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本發明提供了一種增強PcBN復合片界面結合能力的制備方法，將立方氮化硼微粉、鈦粉、鋁粉一起在球磨罐中混合均勻，然后干燥處理，高溫真空處理，還原處理，再和表面磁控濺射鍍鈦的碳化鎢?鈷硬質合金組裝成塊后在六面頂壓機中進行高溫高壓燒結合成聚晶立方氮化硼復合片。鈦在燒結體界面處，可與上下層各元素(硼、氮、鋁、碳、鈷)反應形成化學鍵合、冶金結合，在過渡層處生成一系列增強相(二硼化鈦、碳化鈦、氮化碳、鈦鋁合金、鈦鈷合金等)，可以平衡聚晶立方氮化硼層與硬質合金層間存在的膨脹系數之差和彈性模量之差，減少界面結合處存在的較大組織應力，根本上解決界面結合不良，增強界面結合能力，提升整體力學性能。

技術領域

本發明屬于超硬材料領域，特別涉及一種增強PcBN復合片界面結合能力的制備方法。

背景技術

聚晶立方氮化硼(PcBN)復合片是由cBN微粉、結合劑和硬質合金基體在高溫高壓下燒結而成。結合了陶瓷層cBN陶瓷相的高硬度、高耐磨性及硬質合金基底層的高韌性、高耐熱性，作為高速切削、高效高精加工的超硬刀具被廣泛應用于鐵族金屬加工領域。隨著科技的進步以及現代刀具材料的日益發展，數控車床對刀具的要求也是越來越高，國內外對聚晶立方氮化硼復合材料的研究也越來越重視，我國對超硬復合材料的需求不斷增加，目前使用的中高端產品目基本需要進口，因此研究PcBN復合片的制備具有重要的意義。

由于陶瓷層和基體合金層的物相差異導致熱膨脹系數、彈性模量差異較大，PcBN復合片在高溫燒結制備過程容易出現開裂、脫層問題，在連續加工一些加工難度大的材料過程中容易出現崩刃問題，嚴重情況下甚至會危及生產操作人員的生命安全。

設計在基體表面增加一層強硼強氮化物的金屬材料，使陶瓷層與基體層之間生成一層具有梯度結構、耐腐蝕性、細化晶粒及熱膨脹系數緩沖作用的過渡層。Ti作為金屬，熔點較低，一方面可以起到液態傳質作用，從而提高材料的致密性。另一方面在高溫下熔融后還可以與基體層中的WC、Co和陶瓷層中的Ti、Al發生物理冶金結合和化學鍵合。由此可增強聚晶立方氮化硼層和基體層的界面結合。

發明內容

本發明為一種增強PcBN復合片界面結合能力的制備方法，將cBN微粉、Ti粉、Al粉與表面鍍鈦的硬質合金基體高溫高壓燒結合成PcBN復合片，在界面處生成由陶瓷層到合金層不同種類的各物相，使其形成一個物相濃度、熱膨脹系數、彈性模量梯度過渡的區域，緩解并平衡上下層存在的熱膨脹系數和彈性模量差異，減小界面間的殘余應力使其結合力加強，界面結合更為緊密。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案來實現。根據本發明提出的一種增強PcBN復合片界面結合能力的制備方法，其包含以下步驟：將立方氮化硼微粉、鈦粉、鋁粉一起在球磨罐中，加入無水乙醇混合均勻，然后干燥處理，高溫真空處理，還原處理。在碳化鎢-鈷硬質合金表面進行磁控濺射鍍鈦。最后將混合均勻的粉料與基體合金組裝成塊在六面頂壓機中進行高溫高壓燒結合成聚晶立方氮化硼復合片。

具體步驟如下：

(1)將立方氮化硼微粉(cBN)、鈦粉(Ti)、鋁粉(Al)與無水乙醇加入到球磨罐中球磨，得到潤濕的混合物料；

(2)將步驟(1)制得的混合物料放入鼓風干燥箱內于高溫真空下烘干后取出得到干燥的混合物料；

(3)使用還原性氣體對步驟(2)制得的混合物料做還原處理，得到純凈的混合物料；

(4)使用磁控濺射鍍膜儀在硬質合金基體表面鍍覆一層鈦膜，得到表面被鈦附著的硬質合金基體；

(5)將步驟(3)制得的混合物料與步驟(4)制得的合金基體組裝成標準試樣塊；

(6)將步驟(5)得到的標準試樣塊放在六面頂壓機中進行高溫高壓燒結合成，得到界面結合能力增強的聚晶立方氮化硼復合片。