[发明专利]一种梯度复合立方氮化硼材料及其制备工艺和应用

说明书

本发明提供一种梯度复合立方氮化硼材料及其制备工艺和应用，该材料以立方氮化硼、碳化钛、铝和钴为原料，经烧结制成，其具有以中间层为对称的3层对称梯度结构；其中，原料中各组分的体积百分比含量为：立方氮化硼70‑80vol.％，碳化钛10vol.％，铝5‑10vol.％和钴5‑10vol.％；其中，立方氮化硼为基体，碳化钛为陶瓷结合剂，铝和钴为金属结合剂；并且，相对于中间层位置对称的对称层的原料组分含量相同，且厚度对称分布。该材料具有更高的韧性和耐磨性，使刀具更好的适应高速切削及耐磨零件的加工，具有更广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及机械切削刀具制造技术领域，特别涉及一种梯度复合立方氮化硼材料及其制备工艺和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着科技的发展，耐磨材料及高硬度难加工的合金被大量的使用，这类材料的加工普通刀具难以胜任。超硬刀具的应用不仅可以实现加工的高效率、高稳定性，还可以大大降低工件的加工成本，超硬刀具成为现代切削加工中不可或缺的工具。聚晶立方氮化硼硬度可达HV3000-5000，仅次于金刚石，并且具有很高的化学惰性和热稳定性，在工业中广泛的应用于淬火钢、高硬铸铁和抗磨合金的加工。但是发明人发现，目前均质立方氮化硼材料的整体性能仍不理想，尤其是材料的力学性能比如抗弯强度、耐磨性和韧性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种梯度复合立方氮化硼材料及其制备方法和该材料在刀具制备领域或耐磨零件加工领域中的应用。本发明将梯度结构引入立方氮化硼(CBN，Cubic Boron Nitride)材料，利用梯度结构在表层形成残余压应力，提高材料的硬度、耐磨性和韧性，在保持立方氮化硼刀具原有优点的基础上进一步提高其综合力学性能。

具体地，本发明具有如下所述的技术方案：

在本发明的第一方面，本发明提供了一种材料，其以立方氮化硼、碳化钛、铝和钴为原料，经烧结制成，其具有以中间层为对称的三层梯度结构。

其中，原料中各组分的体积百分比含量为：立方氮化硼70-80vol.％，碳化钛10vol.％，铝5-10vol.％和钴5-10vol.％；其中，立方氮化硼为基体，碳化钛为陶瓷结合剂(作为陶瓷相)，铝和钴为金属结合剂(作为金属相)。

并且，相对于中间层位置对称的对称层(在本发明中也称为表层)的原料组分含量和厚度相同，且厚度对称分布。

在本发明的一些实施方式中，原料中各组分的体积百分比含量为：立方氮化硼在70-80vol.％范围内可选，比如72-80vol.％或74-80vol.％或76-80vol.％70-78vol.％或72-76vol.％或72vol.％、74vol.％、76vol.％或80vol.％，碳化钛10vol.％，铝和钴各自独立地在5-10vol.％范围内可选，比如5-10vol.％、5-9vol.％、5-8vol.％、7-9vol.％或5-7vol.％或5vol.％或7vol.％或8vol.％或9vol.％。

举例而言，在本发明的一些实施方式中，每层的原料中各组分的体积百分比含量均符合：立方氮化硼72-80vol.％，碳化钛10vol.％，铝5-9vol.％和钴5-9vol.％；三层结构中的两表层结构相对于中间层对称，互相对称的两表层的原料组分含量以及厚度相同。尤其是，在该组成下，立方氮化硼材料的力学性能、材料的微观结构和烧结性能改善度较好。