[发明专利]PCBN烧结坯

说明书

本申请是在可以被用来制造切削工具的细粒立方氮化硼烧结坯上的新改善。所述坯包含至少80体积％cBN以及金属粘结剂体系并在HPHT条件下烧结。所述改善在所述金属粘结剂体系中引入了铝的合金。本发明在铸铁的机加工中被证明是有益的。

发明内容

多晶立方氮化硼(PcBN)坯(compact)包含以体积百分比计约80％至约95％的cBN；以及金属粘结剂体系。所述PcBN坯在将铸铁和类似的化学反应性部件机加工中尤其有用。

附图说明

图1是切削元件的总示意图。

图2是与线扫描对照的材料立方氮化硼(cBN)和WC的横截面图的对比组合。

图3是反应区内微结构的图像。

图4是反应区内微结构的图像。

背景技术

通过高压/高温(HP/HT)工序制造cBN是本领域中已知的并被在美国专利号2947617中解释。在美国专利41888194中描述了在没有催化剂存在时利用热解的六方氮化硼(HBN)制造烧结的多晶cBN坯的工序。对这样的直接转化工序的改进在美国专利号4289503中被描述，其中在所述转化工序之前从HBN粉末的表面移除了硼氧化物。

在切削器领域中使用的坯包含大量以自粘结关系、借助于粘结介质或借助于其组合而粘结在一起的磨粒。复合坯是粘结至基底材料例如硬质合金的坯。美国专利号3918219描述了六方氮化硼(HBN)与碳化物块接触时向cBN催化转化以形成复合cBN坯。坯或复合坯可以用在用于切削工具、钻头、修整工具和耐磨部件的毛坯(blanks)中。

具体实施方式

在低于溶剂闪点的温度下干燥掺合的混合物以移除溶剂例如异丙醇、丙酮。随后将粉末粒化以有助于进一步加工。可以修改该掺合材料的组成使得成分的相对含量符合所需的范围。

可以用例如上文所述本领域中广为人知的常规HPHT技术和装置来烧结所述粉末。在难熔的金属杯例如Ta或Nb中装载所述粉末。所述杯的尺寸限制了最终烧结坯的尺寸。如本领域已知的，粉末或坯中的背衬基底材料可以被装载入所述杯中以原位粘结至所述烧结cBN坯。适合的基底包括，例如，硬质合金例如具有钴(Co)或其它VIII族粘结剂的碳化钨(WC)。在所述基底的边缘压弯所述杯材料来密封所述杯。在本发明中，选择硬质合金基底的组成来改善所述切削工具的性能。

该密封的杯组件随后被装载到由压力传递和压力密封材料组成的高压腔室(cell)中，然后经受高压例如4.5-6.5GPa和高于1200℃的高温10-40分钟以烧结所述粉末混合物并将其粘结至所述基底。从所述腔室移除所述烧结毛坯并机加工以移除所述杯材料并将其变成所需的尺寸。例如通过放电加工(EDM)或通过激光来切削所完成的毛坯，变成适合于制造用于对粉末金属铁和其它类似材料进行机加工的切削工具的形状和尺寸。所描述的烧结毛坯的尺寸和形状可以通过改变部件的尺寸而变化并且在尺寸方面主要受限于用来促进所述烧结工序的高压/高温(HPHT)设备。

所述烧结cBN坯产物包含在约80体积％和95体积％之间的具有小于5微米(μm)的平均尺寸的cBN颗粒，剩余部分为均匀分散在所述cBN颗粒之间的由所述粘结剂相组成的材料。在所述HPHT工序期间，在研磨和掺合步骤中添加至所述粉末中的含铝化合物开始与所述立方氮化硼反应并且开始烧结。源自所述硬质合金基底的钴和铬也在HPHT期间液化并渗入粉末床，消除了任何孔隙并进一步有助于烧结。

图1呈现了切削元件的总示意图，包含基底和PcBN材料层。所述PcBN材料层包含在第一表面处的工作面。在相反的第二表面处，所述PcBN材料层烧结至所述基底。所述PcBN材料层具有的组成包含cBN；含铝化合物；VIII族粘结剂金属或其合金；和来自V族、VI族或VII族的金属。在一个实例中，所述PcBN材料层具有的组成包含钴和铬。