[发明专利]一种金属-陶瓷基立方氮化硼烧结节块的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属‑陶瓷基立方氮化硼烧结节块的制备方法，首先将单质金属粉Co、Cr、Fe、Ni、Ti按比例进行球磨混合，形成高熵合金粉末；接着将高熵合金粉末、立方氮化硼磨料、陶瓷空心球、湿润剂进行二次混合，然后预压制成砂轮胚体，最后在氩气气氛烧结炉内进行加压烧结，冷却后制成节块。由于高熵合金中含有的活性元素Ti与立方氮化硼、陶瓷空心球可以形成冶金结合，从而提高对立方氮化硼的把持力度。节块中含有的陶瓷空心球有利于增加所制造砂轮的容屑空间，提高砂轮的磨削效率。

技术领域

本发明属于磨料磨具技术领域，更具体涉及一种高熵合金基立方氮化硼节块的制造方法。

背景技术

磨料磨具素有工业牙齿之称，是国民经济尤其是装备制造业不可或缺重要的一部分。磨削加工是机械加工方法中精度较高的一种，随着制造精度要求的提高，当今先进制造业对磨削加工依赖度越来越高，促使砂轮行业快速发展，产品品种、产量都在不断增长、质量不断提高，市场需求量大幅增加。

磨料磨具品种繁多，按产品形态分为：固结磨具（砂轮、磨头、磨石等）、涂附磨具（砂带、砂布等）、游离磨具（研磨砂、研磨膏等）。砂轮是磨料磨具产品品种中最主要的一种，也是磨削加工行业用的最多的一种。砂轮按磨粒种类可分为普通砂轮（刚玉磨料和碳化硅磨料）和超硬砂轮（人造金刚石磨料和CBN磨料）。其中立方氮化硼不仅具有极高的硬度和耐磨性，而且在高温下具有极高的硬度和优异的化学稳定性，使得其适于加工强韧的难加工金属材料，在高速机械自动加工机械领域得到了广泛的应用。

立方氮化硼（CBN）磨粒尺寸较小，大多为30~300μm，通常需要结合剂将其固结成型才能起切削作用。传统CBN砂轮的结合剂有树脂、陶瓷和金属结合剂三种，其中，树脂结合剂加工容易、锋利度好，但其使用温度低，对CBN磨粒的把持力较差，因而耐用度也较差，不能将立方氮化硼的优异性能充分发挥；陶瓷结合剂硬度高，可在高温下使用，其对CBN 磨粒的把持力优于树脂结合剂，但陶瓷结合剂太脆，耐冲击能力差，限制了陶瓷结合剂砂轮的使用。金属结合剂在一定程度上能弥补上述缺陷，但传统金属结合剂多沿袭金刚石制品的结合剂配方方式，使得立方氮化硼把持强度低，使用温度受到限制。因此，有必要研究一种与立方氮化硼有化学冶金结合的专用结合剂。采用含有活性元素的高熵合金作为结合剂，进行烧结制作立方氮化硼磨料节块，最后，通过钎焊或机械固定的方法将节块固定于砂轮的钢基体上，即成为金属结合剂砂轮。

发明内容

立方氮化硼具有优异的高温性能，但砂轮在高效磨削过程中需要承受高温、强力，使得砂轮的结合剂发软而失效。本发明所要解决的问题是提高砂轮中结合剂对磨粒的把持力和结合剂本身的高温性能，以充分发挥立方氮化硼磨削难加工金属材料的优异性能。高熵合金具有良好的高温性能，因此选择高熵合金作为结合剂，同时考虑到立方氮化硼能够与Ti等发生化学反应，采用含Ti的高熵合金作为结合剂，有利于提高结合剂对立方氮化硼的把持强度。但砂轮在磨削过程中需要容纳磨屑，因此砂轮需要有合适的容屑空间，通过在结合剂中添加一定量的陶瓷空心球，使其在磨削过程中可以发挥容屑作用。

本发明解决其技术问题所采用的制作方法包括下述工艺步骤：

步骤一、将单质金属粉Co、Cr、Fe、Ni、Ti按比例进行球磨混合，各单质金属粉的纯度为99.5%~100%，粉末粒径为30~300微米。单质金属粉Co、Cr、Fe、Ni、Ti的质量百分比为：20~22：25~28：25~29：15~27：8~10。球磨混合时磨球与高熵合金粉末的质量比为2.5~3.4∶1，密封后打开真空阀抽真空20~35分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为280~320 r/min，倒向频率 30~45 Hz，球磨混料时间为60~80分钟。球磨后形成高熵合金粉末。