[发明专利]一种聚晶立方氮化硼复合体的硬质合金基体材料

说明书

一种聚晶立方氮化硼复合体的硬质合金基体材料，其特征在于：该硬质合金基体材料是一种由WC相、γ相以及η相组成的三相组织合金；Co所占重量百分比8~16%，WC所占重量百分比84~92%，WC的晶粒度0.5~3.0μm；总碳的质量百分含量5.50~6.05%，磁饱和为110~140 emu/g；η相含量占基体材料总体积的0.02%~0.2%，并且按照GB/T 3489及ISO 4499‑4标准执行，η相的尺寸不超过25μm。采用本发明的硬质合金基体材料合成PcBN复合体后，PcBN复合体结合面或PcBN层内不再出现喷射现象，提高了PcBN产品上下层结合强度，延长了PcBN复合刀具材料的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种WC-Co硬质合金材料，属于粉末冶金领域，具体涉及一种聚晶立方氮化硼复合体的硬质合金基体材料，该硬质合金基体材料用于聚晶立方氮化硼复合体（PcBN，Polycrystalline cubic Boron Nitride）的超硬刀具行业。在PcBN复合体中，PcBN硬度仅次于金刚石，但具有金刚石无法比拟的与铁族元素惰性，以及更好的热稳定性。硬质合金基体对于超硬材料来说，一方面为PcBN提供良好的韧性支撑、提高钎焊于刀柄的可焊性，另一方面其良好的导热性可以减少工作面PcBN的热量集中，有利于处延长使用寿命。

背景技术

PcBN复合材料广泛应用于机械、汽车、航空航天、军工行业，以及难加工材料等加工领域，特别是对于钢材、铸铁等铁族元素（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni ）材料加工领域，不仅切削效率高、加工表面质量高，而且切削力小，有利于加工精度和设备寿命，同时其“以车代磨、干式切削”的特点符合环保节能的要求，被喻为最理想的切削刀具材料。确切地说，PcBN复合体是指由cBN微粉在有或无粘结剂的情况下，以WC-Co硬质合金基体为衬底，在5.0~10.0GPa，1300~1800℃的高温高压条件下通过Co的液相烧结而成，此过程称为高温高压合成，简称合成。PcBN的合成原理是在高温高压下，cBN微粉之间的接触部分，形成cBN-cBN键合的聚晶cBN层，即PcBN层，同时WC-Co硬质合金基体中Co相（确切地说是γ相）在液相烧结条件下，液相通过毛细管现象迁移到cBN微粉的空隙之中，形成PcBN层与合金基体的牢固结合，即PcBN与WC-Co硬质合金的烧结复合体，简称PcBN。此合成后的PcBN复合材料克服了cBN的各向异性和存在解理面的缺陷，但保留了cBN的硬度与耐磨性，也兼有硬质合金的高冲击韧性、易加工和易钎焊的优点。

由上述PcBN的合成原理可以看出，合金基体中的Co相迁移虽然将PcBN层与合金基体接合在一起，但Co相进入cBN微粉之间的空隙，却阻碍了cBN间的接触，对减少了cBN-cBN之间形成键合的机会，降低了cBN层的品质。由于cBN微粉之间的空隙大小不一，受压也不一，加上各处的受热不一，Co相液化的时间也不一，导致在PcBN层内及结合界面处往往出现喷射现象。由于液相Co会携带WC晶粒塑性流动，这种喷射组织其实是硬质合金，见附图1（图中的样品PcBN层已破损）。这种喷射的硬质合金组织破坏了PcBN层内PcBN组织的连续性，即可以看成是缺陷源，脱层、破裂往往由此处产生，见附图2。特别是Co含量高、WC晶粒度相差较大、C含量较高的合金用于合成PcBN时，由于Co的液相多，而且液相出现早，加上WC晶粒的大小偏差大溶解析出现象剧烈，这种喷射的硬质合金组织，WC晶粒呈针状或竹叶状（见附图2），在其尖端易形成应力集中，不仅影响与PcBN层的结合强度，而且影响PcBN层连续性，进一步地将影响刀具的切割、开刃等后加工的精度，使PcBN刀具应用受到限制。

发明内容

针对上述在PcBN复合体结合面或PcBN层内出现喷射现象，从而降低PcBN与合金基体的结合强度影响PcBN复合体使用寿命的问题，本发明提供了一种聚晶立方氮化硼复合体的硬质合金基体材料，该硬质合金基体材料的WC晶粒更加均匀，Co含量较低，C含量偏低以及具有适量缺碳相（η相），本发明硬质合金基体材料用于合成聚晶立方氮化硼复合体（也叫PcBN复合体）。