[发明专利]一种立方氮化硼节块工具的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超硬磨料工具的制备方法，尤其涉及一种激光诱导自蔓延真空制备立方氮化硼节块工具的方法。

背景技术

立方氮化硼是一种高硬度、高热稳定性的超硬磨料。立方氮化硼工具主要由工具基体、立方氮化硼节块等组成。立方氮化硼节块是立方氮化硼工具的核心组成部分。立方氮化硼节块工具通常采用金属结合剂、陶瓷结合剂或者树脂结合剂制造。其中，金属结合剂节块具有良好的磨粒把持力、较高的切削效率和优良的使用寿命，广泛运用于石材、混凝土、半导体材料、陶瓷以及合金钢等材料加工领域。

制备金属结合剂立方氮化硼节块有粉末冶金法、电镀法和高温钎焊法。制备金属结合剂立方氮化硼节块工具通常采用粉末冶金烧结法。粉末冶金法制备主要有冷压-浸渍法、预压-煅烧-热压烧结法和预压-热压烧结法。

冷压-浸渍法是利用冷压机将立方氮化硼与结合剂混合在钢模具中施加一定压力压制出毛坯，卸模后再将熔化的结合剂粘结金属熔渗进立方氮化硼与高熔点粗颗粒的结合骨架相中。

预压-煅烧-热压烧结法是将混合料冷压成型后，在一定的温度下煅烧之后，送入热压机预压，通电加热至工艺温度，保温保压一定时间后卸压冷却，最后卸下热压模具。

预压-热压烧结法是将立方氮化硼混合料预压具有一定密度的压坯后，再用热压烧结机烧结制备立方氮化硼节块。目前国内普遍采用此方法制造立方氮化硼节块。

传统的几种粉末冶金烧结法制备立方氮化硼节块，所需的热量均是由外部热量提供，烧结体系自身并不能自发反应产生热量，磨粒与胎体之间不能产生化学冶金结合；生产周期长，能耗高，生产效率较低，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有制备立方氮化硼节块工具的缺点，提出一种利用激光诱导的自蔓延真空制备立方氮化硼节块工具，以实现制备高性能立方氮化硼节块工具，提高工具的使用寿命和加工效率。

为了达到上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

（1）选用平均粒径≤38微米的Ni-Al-Cr-Ti-Co-Ce金属粉末，各组分摩尔比例分别为：Ni：40-70%；Al：10-30%；Cr：5-10%；Ti：10-25%；Co：5-15%；稀土Ce合金：0.05-1%，磨料为立方氮化硼，立方氮化硼浓度为20-150%（即单位体积所含立方氮化硼磨料的重量,参见GB/T6409.1-94），将金属粉末按一定比例在球磨机中均匀混合8-36小时，得到混合均匀的金属粉末混合料；

（2）将步骤（1）得到的金属粉末混合料与一定浓度的立方氮化硼磨料在混料机中混匀4-24小时，得到节块混合料；

（3）将步骤（2）得到的节块混合料根据立方氮化硼工具形状，在模具中压制成型（例如扇形、矩形或圆柱形等形状），压制过程保压5-30分钟，得到节块压块；

（4）将步骤（3）得到的节块压块放置于80-120℃恒温箱中，保温1-3小时，去除节块压块中的水分和相关气体成分，将恒温处理后的节块压块置于真空自蔓延反应容器的工作台上，调整节块压块的位置使激光光斑能够加热覆盖到整个节块，封闭反应容器，抽真空直至真空度达到≤10^-2Pa，用激光覆盖加热节块压块，调整激光引燃功率，节块压块引燃自蔓延反应后，停止激光加热，节块压块依靠自身反应放出的热量来维持反应继续进行，直至合成立方氮化硼节块；

（5）将步骤（4）得到的立方氮化硼节块经过修磨、加工，通过诸如钎焊等相关的连接技术装配组合成相应立方氮化硼工具。

本发明采用激光诱导自蔓延真空制备立方氮化硼节块工具，该方法利用激光诱导加热方法，可以实现节块的快速选区加热，对立方氮化硼和胎体的热影响较小。立方氮化硼磨料和胎体材料通过化学冶金结合，提高了节块的机械性能，进而提高了节块使用寿命和加工效率。与已有技术相比，本发明优点在于：