[发明专利]涂覆的CBN

说明书

序言

本发明涉及涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料，用于制备这样的材 料的方法，还涉及含有超硬研磨材料的工具，所述超硬研磨材料含涂 覆的硼或氮。特别地，本发明涉及涂覆的cBN、硼低价氧化物和/或碳 化硼超硬研磨材料以及这样的材料在氧化环境中的用途。cBN研磨材 料包括化学计量比的cBN磨粒、非化学计量比的cBN磨粒、富氧cBN 磨粒、多晶氮化硼(PCBN)坯体、cBN复合片(compact)和cBN团块 (agglomerate)。

发明背景

超硬磨料例如金刚石和cBN通常用于切割、研磨、钻孔、锯切和 抛光用途。一种制备用于上述用途的含有cBN的工具的方法是钎焊。 然而，在钎焊过程中，难以在cBN和钎焊材料之间获得足够结合，因 为在cBN表面上存在氧化硼层，该层在钎料(braze)熔化时妨碍了钎 焊材料润湿cBN表面。这种润湿性的缺乏典型导致cBN在钎料中的不 良附着。此外，氧化硼层不良地化学结合到cBN，这意味着氧化硼层 和cBN之间的界面结合是不良的。在工具制备工业中，这些因素都限 制了cBN的利用(uptake)。

将涂层施加于超硬磨料以便改善孕镶超硬磨料的金属基质工具的 性能。WO2005078041(Egan等人，E6，2005)记载了在磨粒尺寸为0.1 μm-10mm的cBN上具有TiN初级层和W次级层的涂层。涂层的TiN 和W的组合在如下情形中是有用的：在烧结期间TiN涂层将被基质材 料成分反应掉。例如，TiN和W组合在其中钛基涂层将被液相反应掉 的情形中是有用的，所述液相用于将超硬磨料组分固定于另外的金属 或陶瓷材料。

然而，关于WO2005078041(Egan等人，E6，2005)和cBN上的其它 涂层的问题在于，需要在非氧化环境中制备工具以便防止对涂层的损 害。在氧化环境中涂层表面的氧化可影响涂层在基质中的保持力。此 外，通过涂层提供的任何保护均可受到损害。在氧化环境中进行钎焊 时，这些现象都限制了由涂层提供的益处。

因此，通常在真空中利用惰性气体和非常特殊的钎料进行钎焊， 所有这些使得钎焊过程相对困难和昂贵。因此，具有能够在空气中(氧 化环境)使用相对廉价的标准钎料进行钎焊的cBN产品将简化钎焊过 程并降低成本。

在US5647878(lacovangelo等人，GE，1997)和US5500248 (lacovangelo等人，GE，1996)中，作者记载了在化学气相沉积(CVD) 金刚石镶嵌件上通过施加双层涂层克服了上述问题，所述涂层由WTi 结合层和保护性钎料相容外覆层例如Ag构成。据显示，在制备环境中， 可使用标准钎料将双层涂覆的金刚石镶嵌件空气钎焊到工具基材上， 而无需真空炉或特殊气氛。

在‘878和‘248中的发明均旨在于金刚石工具镶嵌件。所述基材 主要集中于CVD金刚石，且所有的实施例使用CVD金刚石。

EP 0 716 159记载了涂覆有WTi内层和Ag外层的涂层或者Cr内 层和NiCr外层的涂层的CBN复合片。评价了这些双层涂覆的CBN复合 片的可钎焊性和附着力。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料， 其选自cBN、硼低价氧化物和碳化硼，该超硬研磨材料包含：

cBN、硼低价氧化物和/或碳化硼超硬研磨材料基材；

碳化物/氮化物/硼化物形成金属的初级层，这样的金属优选基本 处于碳化物、氮化物或硼化物形式；

高熔点金属的次级层，所述高熔点金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、 Au、Pt、Pd及其合金；和

Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、其组合和合金(例 如青铜(Cu/Sn)、银/青铜和银/锡)的外覆层(overcoat)，次级层 的金属不同于外覆层的金属。

术语“超硬”意指具有大于约25GPa的维氏硬度，优选大于约 30GPa。

cBN是最优选的材料，尽管期望Ti涂层形成与碳化硼中的C和所 有上述材料(TiB₂)中的B的结合。