[发明专利]一种PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂

说明书

技术领域

本发明属于立方氮化硼聚晶（下称PCBN）超硬材料制造技术领域，具体说是涉及一种PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂。

技术背景

现在制造立方氮化硼聚晶使用的结合剂，有三类：1．金属结合剂，由

金属或合金组成；2．陶瓷结合剂，仅陶瓷组成。3．金属陶瓷结合剂，由陶瓷和金属或合金组成；通常由一种金属和一种陶瓷组成，例如Ni-Si₃N₄。使用的合金，常用二元合金，例如Ti-Al，至多用到三元合金，例如Ti-Al-Mo。

现有PCBN结合剂存在的问题是：1.聚晶烧结温度和压力很高；2.聚晶产品硬度和强度不够高；3.聚晶组织和性能均匀性差，产品质量不够稳定。

由于存在这些问题，PCBN聚晶产品的应用受到局限，特别是作为刀具用的聚晶还不过关，对一些硬韧合金钢材料加工效果差，还有一些高硬度金属材料难以加工。例如，加工铸铁，现在无论是金刚石聚晶或是PCBN聚晶，加工效果都不够理想。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂。

本发明的目的是通过下述技术措施来实现：

本发明的PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂是由下述质量百分比的原料组成，其中：20%~65%的高熵合金、35%~80%的氮化物陶瓷。优选方案是由质量百分比为高熵合金35%、氮化物陶瓷65%组成。

本发明所述高熵合金包括质量百分比为15%~25%的钛、15%~25%的铬、15%~25%的钒、10%~20%的钴、10%~20%的铝，以及0%~5%的铈；且所述高熵合金为粒径5~40μm的粉末颗粒。

本发明所述高熵合金优选方案是由质量百分比为25%的钛、25%的铬、25%的钒、12%的钴、12%的铝，1%的铈组成。

本发明所述氮化物陶瓷是由质量百分比为55%~95%的氮化硅、5%~45%的氮化钛；且所述氮化物陶瓷为粒径5~40μm的粉末颗粒。

本发明所述氮化物陶瓷优选方案是由质量百分比为65%的氮化硅、35%的氮化钛组成。

本发明的结合剂的用量如下：在高压高温合成PCBN的制造工艺中，氮化物基高熵合金陶瓷结合剂与立方氮化硼（CBN）配料的质量为：

结合剂：CBN=10%~30%：70%~90%。

优选：结合剂20%，CBN80%。

本发明中所述的高熵合金可以形成高混合熵稳定的固溶体，产生多种特殊效应，例如热力学上的高熵效应，结构上的晶格畸变效应、多组元之间的协同效应以及性能上的“鸡尾酒”效应等。因此，与传统合金相比，高熵合金更容易实现均质化和合金化，合金熔点更低，具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，例如高强度、高硬度、高耐磨、高电阻、高热阻、耐腐蚀性等。

因此，高熵合金作为结合剂应用于PCBN高压高温烧结，有利于实现烧结过程，降低烧结条件（烧结压力、烧结温度和烧结时间），提高和稳定聚晶产品质量。

本发明的有益效果如下：

1.降低CBN聚晶烧结压力和温度。传统工艺常用压力为4.5～6.5GPa，加热至1450～1650℃。与原有工艺相比，表观压力（100MPa）降低1～10ＭPa（相当于压力降低1%～10%）,温度下降30～100℃。

2.有效地提高PCBN聚晶质量。生产的聚晶具有高硬度（维氏硬度38～55GPa）、抗热振性和良好的高温蠕变性等特点。这种聚晶成功用于制造切削刀具，可以加工既硬又韧的耐高温难加工合金钢材料，也可以加工铸铁之类高硬度难加工金属材料。

3.提高了高压高温烧结工艺过程和聚晶产品质量的稳定性。产品废品率可减少1%～5%，优等品率达到90%以上。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例作进一步描述：

实施例1

1、制备高熵合金粉

⑴按质量百分比取：钛25%、铬25%、钒25%、钴12%、铝12%，铈1%。

⑵通过粉碎、筛分工序将上述原料制备成为粒径20μm的粉末颗粒。

⑶高熵合金粉末的配制方法可采用下述两种方法之一来进行：

方法之一：使用单质金属混合粉。此法操作简便，按照发明要求的成分和配比，进行配料和混料；在三维混料机中进行球磨混料。混合好的金属粉料，可以作为结合剂的原料备用。