[发明专利]一种铝硅合金结合剂立方氮化硼磨头及其制造方法

说明书

本发明公开了一种铝硅合金结合剂立方氮化硼磨头及其制造方法，该铝硅合金结合剂成分按重量比包括元素成分：Si0～30％，Ti0.25％～6％，Mg0～0.5％，Cu0～5％，Ga0～0.5％，Ce0～0.5％，Sr0～0.5％，Na0～0.5％，余量为Al连同不可避免的杂质；将铝硅结合剂与立方氮化硼粉末充分混合，将混合物冷压成型后；在烧结工艺下，进行真空热压烧结，得到铝硅合金基立方氮化硼磨头粗品；随后将烧结得到的立方氮化硼磨头进行修整，就得到本发明的磨头。本发明使用的铝硅结合剂可实现低温烧结，减少立方氮化硼热损伤，同时活性Ti元素的引入可显著增加立方氮化硼磨粒的把持能力，两者共同提高磨头的耐磨性能，增加立方氮化硼磨头的使用寿命。

技术领域

本发明涉及烧结立方氮化硼工具制造技术领域，特别涉及一种铝硅合金结合剂立方氮化硼磨头及其制造方法。

背景技术

立方氮化硼(CBN)是20世纪50年代发展起来的一种利用人工方法在高温高压条件下合成的新型材料，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，立方氮化硼凭借着硬度高、耐磨性好、化学稳定性高的特点，在机械加工行业有着广泛的应用。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，且有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，还能有效地提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲劳强度，延长了使用寿命，增加了可靠性，再加上立方氮化硼磨料生产过程在能源消耗和环境污染方面比普通磨料生产为好，所以，扩大立方氮化硼磨具的生产和应用是机械应用是机械工业发展的必然趋势。

立方氮化硼磨头在压缩机行业，汽车行业，轴承行业，风电行业及精密磨削领域具有广泛的使用。目前普遍使用的立方氮化硼磨头结合剂有树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂。树脂结合剂磨头质地较软，加工时不能承受较大的应力，易出现磨粒脱落、效率低、寿命短、噪音大等问题；金属结合剂磨头具有导热性好、结合强度高、使用寿命长等特点，但因其自锐性差，容易打滑等缺点限制了其在高速磨削领域的应用；而陶瓷结合剂立方氮化硼磨头制备过程要求的烧结温度较高，故对立方氮化硼热损伤较大，极大地降低了磨头的磨削强度。热压烧结法制备金属结合剂立方氮化硼磨头已具有五十多年的历史，但是实际生产中所暴露的弊端一直未能完全解决，对立方氮化硼把持强度低、立方氮化硼易脱落、磨料难出刃等，极大限制了热压烧结法制备立方氮化硼磨头的适用范围。上述弊端，主要是因为立方氮化硼的共价键结构，很难与金属结合剂形成较强的化学键合，所以会导致立方氮化硼磨粒易脱落，进而影响磨头的加工质量和使用寿命。因此金属结合剂对立方氮化硼磨粒的把持力成为限制磨头使用寿命和加工质量的最主要因素。为了解决这一问题，有些金属结合剂中会添加强碳化物形成元素钨，使立方氮化硼与结合剂之间形成化学键连接，可以有效提高立方氮化硼的把持力，但是钨的熔点较高，烧结过程中会对立方氮化硼造成严重的热损伤。因此，开发一种对立方氮化硼具有较高把持力，同时对立方氮化硼热损伤小的金属结合剂磨头迫在眉睫，将会极大提高立方氮化硼磨头的加工性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的的技术难题，提供一种铝硅合金结合剂立方氮化硼磨头及其制造方法。利用铝硅合金基体相低熔点及低共晶点的特点，Ti 元素较高的活性，来实现在相对较低温度下很好地润湿立方氮化硼，制备活性铝硅合金结合剂烧结立方氮化硼磨头。该方法极大地提高了立方氮化硼的把持力，烧结温度低、降低了钎焊过程中对立方氮化硼的热损伤。同时通过添加Si 元素，可以有效地提高铝基合金的机械强度。通过添加活性元素Ce、Ge，能够显著提高合金的抗氧化性能。

本发明提供了一种铝硅合金结合剂立方氮化硼磨头及其制造方法，克服了背景技术中心的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铝硅合金结合剂立方氮化硼磨头的制造方法，是用铝硅合金作为立方氮化硼磨头的结合剂，该制造方法包括以下步骤：