[發明專利]一種超硬刀具的制備方法

有效

• 申請號: 202111193194.8
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN113831129B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李翠;李和鑫;孔帥斐
• 申請（專利權）人: 富耐克超硬材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/5831;C04B35/622;C04B35/645
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 郭佳效

本發明屬于超硬刀具領域，具體涉及一種超硬刀具的制備方法。該超硬刀具的制備方法包括以下步驟：制備含有粗化超硬磨料、硅源、鈦源、納米炭黑、鋁源、硼源的溶膠，經凝膠后加熱反應，磨粉，得到摻雜有二硼化鈦、碳化鈦、碳化硅和氧化鋁的磨料復合粉末；磨料復合粉末采用熱壓法制得超硬刀具。本發明的超硬刀具的制備方法，在超硬磨料基體上原位生成二硼化鈦、碳化鈦、碳化硅和氧化鋁等顆粒增強相，再利用熱壓法制備得到增強顆粒細小、熱力學性能穩定、界面無污染、結合強度高的超硬刀具，對提高超硬刀具的硬度、耐磨性等性能有利。

技術領域

本發明屬于超硬刀具領域，具體涉及一種超硬刀具的制備方法。

背景技術

目前的超硬刀具主要有聚晶金剛石刀具和聚晶立方氮化硼刀具兩種。立方氮化硼具有高硬度、高熱穩定性、對鐵族金屬呈惰性，故最適合切削各種淬硬鋼、各種鐵基、鎳基、鈷基和其他熱噴涂零件。金剛石具有更高的硬度以及其他優異性能，它所制造的刀具，可以加工各種難加工材料，對有色金屬，主要是銅鋁及其合金，進行精密切削加工。

人造超硬刀具的制造方法有很多，目前使用的主要是熱壓法和氣相沉積法。熱壓法制備聚晶刀具所使用的設備是兩面頂和六面頂液壓機。將金剛石或立方氮化硼與結合劑混合均勻后放入葉臘石腔體內，經過高溫高壓處理后即為聚晶刀具坯料。

采用傳統方法制備的超硬刀具，在硬度、耐磨性等方面仍有待改善。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超硬刀具的制備方法，進一步提高刀具的硬度、耐磨性指標。

為實現上述目的，本發明的的超硬刀具的制備方法的技術方案是：

一種超硬刀具的制備方法，包括以下步驟：制備含有超硬磨料、硅源、鈦源、納米炭黑、鋁源、硼源的溶膠，經凝膠后加熱反應，磨粉，得到摻雜有二硼化鈦、碳化鈦、碳化硅和氧化鋁的磨料復合粉末；磨料復合粉末采用熱壓法制得超硬刀具。

本發明的超硬刀具的制備方法，在超硬磨料基體上原位生成二硼化鈦、碳化鈦、碳化硅和氧化鋁等顆粒增強相，再利用熱壓法制備得到增強顆粒細小、熱力學性能穩定、界面無污染、結合強度高的超硬刀具，對提高超硬刀具的硬度、耐磨性等性能有利。

優選的，所述硅源為正硅酸乙酯，所述鈦源為鈦酸四丁酯，所述鋁源為九水合硝酸鋁，所述硼源為硼酸；正硅酸乙酯、鈦酸四乙酯、納米炭黑、九水合硝酸鋁、硼酸的質量比為(130～150)：(160～180)：10：(175～350)：(10～20)。

優選的，加熱反應的溫度為150～250℃。在該溫度下反應，可在減少原料燒損的情況下，使上述增強相順利產生。

優選的，所述超硬磨料經過粗化處理，得到粗化超硬磨料，所述粗化超硬磨料由包括以下步驟的方法進行制備：將超硬磨料進行堿煮，以及利用強酸進行表面粗化處理。通過對超硬磨料進行粗化處理，方便增強相顆粒在粗化界面處附著。

優選的，所述溶膠的制備過程包括：向含有超硬磨料的分散液中加入硅源、鈦源、納米炭黑、水解催化劑、水解控制劑混合均勻，然后加入鋁源、硼源混合均勻。更優選的，所述硅源選自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一種或兩種以上組合；鈦源選自鈦酸四甲酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四丙酯、鈦酸四丁酯、硝酸鈦中的一種或兩種以上組合；鋁源選自異丙醇鋁、三甲基鋁或九水合硝酸鋁；硼源為硼酸甲酯和/或硼酸。進一步優選的，所述水解催化劑為氨水，使用氨水調節體系pH為9-11；所述水解控制劑為乙酰丙酮。硅源、鈦源發生常規水解反應實現溶膠、凝膠過程，以上水解催化劑、水解控制劑的使用可更好的對水解速率進行控制，促進水解過程均勻、穩定進行。

優選的，所述含有超硬磨料的分散液由超硬磨料、分散劑、懸浮劑和溶劑組成。采用該方式可方便得到穩定分散的懸浮液體系。懸浮劑優選聚乙烯醇。每100mL溶劑對應超硬磨料的用量為45～55g；對應聚乙烯醇的用量為1～3ml。