[发明专利]一种聚晶立方氮化硼的真空钎焊方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料工具制作领域，尤其涉及钎焊聚晶立方氮化硼工具的制造技术。

背景技术

立方氮化硼（cBN）是继人工合成金刚石后出现的第二种利用超高压、高温技术获得的超硬材料，在高温高压的条件下对立方氮化硼和粘结剂进行高温高压烧结可制成聚晶立方氮化硼（PcBN），其力学和热学性能受粘结剂的种类及其含量的影响，常用的粘结剂有钴、镍、碳化钛、氮化钛、氧化铝等。PcBN具有优异的力学性能和物理性能，主要包括：（1）具有很高的硬度和耐磨性；（2）具有很高的热稳定性和高温硬度。cBN的耐热性可达1400～1500℃，在800℃时的硬度与Al₂O₃/TiC陶瓷的常温硬度接近；（3）具有较高的化学稳定性；（4）具有良好的导热性；（5）具有较低的摩擦系数。cBN与不同材料的摩擦系数在0.1～0.3之间，大大低于硬质合金的摩擦系数(0.4～0.6)。为制作切削刀具，常将PcBN与刀体进行钎焊，由于聚晶立方氮化硼能够承受高的温度和具有良好的化学惰性，通常加工的对象为强韧性金属材料，因此对聚晶立方氮化硼进行钎焊的钎料也要有良好的高温性能和强度等，但又由于cBN和粘结剂的化学惰性，普通钎料中的大多数金属对聚晶立方氮化硼的湿性较差，很难实现聚晶立方氮化硼的钎焊。

高熵合金通常由五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体相的合金，其具有良好的综合力学性能。高熵合金的组元较多，使金属元素在高温时扩散速度较慢，通常具有良好的高温性能，如果在高熵合金中含有一定的Ti元素，适合作为钎料用于聚晶立方氮化硼的钎焊。

发明内容

本发明的目的是利用含Ti的高熵合金制备钎料，进一步提高聚晶立方氮化硼钎焊工具的使用温度，由于高熵合金拥有多种组元，在高温钎焊的保温过程中扩散速度较慢，通常形成单一固溶体或两种固溶体，且高熵合金具有高强度、高硬度、高熔点及高耐磨性，采用含Ti的高熵合金钎焊聚晶立方氮化硼，其中的Ti与立方氮化硼进行界面反应，生成TiN、TiB₂，并且，高熵合金中的Ni、Co对聚晶立方氮化硼中的碳化钛、氮化钛均可实现良好的润湿，同时Ti也可实现cBN、Al₂O₃良好的润湿，从而实现高强度的连接，并且高熵合金的高温性能使刀具在加工过程中能够承受高温，实现聚晶立方氮化硼的高效加工。

本发明采用的技术方案，包括以下步骤：

（1）钎料的制备：采用单质金属粉质量的纯度超过99.9%，按质量百分比，取9~12%的Al粉、14~16%的Ti粉、14~16%的Cr粉、18~21%的Fe粉、18~21%的Co粉、18~21%Ni粉，在惰性气氛中球磨混合均匀，制得粒度范围在20-80的微米AlCoCrFeNiTi高熵合金，作为钎料。球磨的工艺参数为：采用在球磨机中进行球磨，使用Ar气气氛，磨球材料玛瑙，金属粉与磨球体积比例为1:6-8，转速为260~320转每分，球磨24~30小时即可，得到钎料；

（2）清洗：聚晶立方氮化硼刀片、刀体采用超声波清洗机清洗，并在清洗机中添加有机溶剂清洗干净；

（3）钎料浆液制备和涂覆：将钎料与压敏胶按质量比1∶1.2~1.5制成钎料浆液，并将钎料浆液涂在刀片、刀体的待焊表面；

（4）聚晶立方氮化硼的固定装配：按照底层为刀体、中层为钎料浆液、上层为聚晶立方氮化硼刀片的样式固定装配在一起，为待焊件；

（5）真空钎焊：将固定的待焊件放入真空钎焊炉内，控制真空钎焊炉的真空度为10^-4~10^-3Pa，先在280℃条件下保持20-40min，再升温到500~650℃保持5~7分钟，然后升温到950-1050℃保温5~7分钟，接下来升温到1200~1250℃并保持4~8分钟，最后随炉自然冷却至100℃以下，制得钎焊立方氮化硼刀具。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的工艺方法通过采用高熵合金作为钎料，能够充分利用其特有的扩散速度慢、对成分变化不敏感的特性，使钎缝获得耐高温、强度高的连接层，适应聚晶立方氮化硼加工高韧性材料的要求。提高生产效率，综合增加经济效益。

（2）本发明使用的钎料中含有一定的Ti粉，能够对聚晶立方氮化硼中的各种立方氮化硼、氧化物发生界面反应，实现良好的润湿，钎焊效果好，且成本低。