[发明专利]一种立方氮化硼-金刚石多层复合刀具及其制备方法

说明书

本发明提供一种立方氮化硼‑金刚石多层复合刀具，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石‑碳化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层，所述立方氮化硼‑金刚石多层复合刀具具有硬度高、韧性好的优点，适于工业切削。本发明还提供一种上述立方氮化硼‑金刚石多层复合刀具的制备方法。

技术领域

本发明属于超硬材料领域，具体地，涉及一种立方氮化硼-金刚石多层复合刀具及其制备方法。

背景技术

金刚石与立方氮化硼是目前工业中应用最广泛的两种超硬材料。金刚石是自然界中已知最硬的物质，具有极高的耐磨性、抗压强度、热导率，大颗粒金刚石单晶价格昂贵且具有解理面，金刚石颗粒尺寸限制了很多其功能性的应用，工业中很多领域使用性价比更高的聚晶金刚石材料来代替金刚石单晶。

聚晶金刚石被广泛应用于非铁金属和不含铁合金的切削加工，石油天然气及矿业勘采，木质地板加工等领域。立方氮化硼的硬度约为金刚石的一半，是仅次于金刚石的第二硬材料，但是立方氮化硼拥有比金刚石更高的热稳定性且不易和铁元素发生化学反应，因而可以用来加工铁金属或含铁合金，立方氮化硼单晶价格昂贵且具有解离面，工业中很多领域使用性价比更高的聚晶立方氮化硼材料来代替立方氮化硼单晶。聚晶立方氮化硼由于具有较高的红硬性，较高的耐磨性以及高的热稳定性而被广泛应用于铁金属和含铁合金的切削加工。

立方氮化硼-金刚石复合材料兼顾了聚晶金刚石与聚晶立方氮化硼的优点，统传的立方氮化硼-金刚石复合烧结体是在人造立方氮化硼和金刚石微粉中加入Co、Ni、TiC、TiN等金属粉末均匀混合后，在高压高温下烧结而成的一种超硬复合材料，它在宏观上表现出各向同性和较高的硬度及韧性，在某些方面的应用性能优于聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼。但是，由于聚晶金刚石和聚晶氮化硼在导热性能、热膨胀性能等方面的差异，使得立方氮化硼-金刚石复合材料的韧性较差，易崩裂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种立方氮化硼-金刚石多层复合刀具及其制备方法，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种立方氮化硼-金刚石多层复合刀具，它包括硬质合金基体和依次设置在所述硬质合金基体表面的金刚石-碳化硅复合层、二硼化钛复合层与聚晶立方氮化硼层。

基于上述，所述金刚石-碳化硅复合层包括以下质量份的原料：金刚石粉53～62份、碳化硅晶须(SiC)48～54份、氧化镁粉(MgO)4～6份和碳化钼粉(Mo₂C)0.3～1.2份。

基于上述，所述二硼化钛复合层包括以下质量份的原料：二硼化钛粉93～97份(TiB₂)、钼粉(Mo)1～3份和钛粉(Ti)1～5份。

基于上述，所述聚晶立方氮化硼层包括以下质量份的原料：立方氮化硼粉91～96份、活性炭粉0.5～3份和钛粉(Ti)1.5～9份。

基于上述，所述硬质合金的厚度为5～15mm，所述金刚石-碳化硅复合层的厚度为1～2mm，所述二硼化钛复合层的厚度为0.3～1mm，所述聚晶立方氮化硼层的厚度为3～5mm。

一种上述立方氮化硼-金刚石多层复合刀具的制备方法，其包括以下步骤：

先将所述硬质合金基体、所述金刚石-碳化硅复合层的原料、所述二硼化钛复合层的原料和所述聚晶立方氮化硼层的原料依次装入金属铌杯中，分层压实定型，再在5～8GPa、1600～1800℃条件下烧结10～18min，得到所述立方氮化硼-金刚石多层复合刀具。

基于上述，按质量份计，所述金刚石-碳化硅复合层的原料包括：金刚石粉53～62份、碳化硅晶须48～54份、氧化镁粉4～6份和碳化钼粉0.3～1.2份。

基于上述，按质量份计，所述二硼化钛复合层的原料包括：二硼化钛粉93～97份、钼粉1～3份和钛粉1～5份。