一種pcbn專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于立方氮化硼聚晶(下稱PCBN)超硬材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體說是涉及一種PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑。
技術(shù)背景
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，制造立方氮化硼聚晶使用的結(jié)合劑有三類:1.金屬結(jié)合劑，由金屬或合金組成;2.陶瓷結(jié)合劑，僅陶瓷組成;3.金屬陶瓷結(jié)合劑，由陶瓷和金屬或合金組成。通常由一種金屬和一種陶瓷組成，例如N1-Si3N4。使用的合金，常用二元合金，例如T1-Al，至多用到三元合金，例如T 1-A1-Mo。
[0003]現(xiàn)有PCBN結(jié)合劑存在的問題是:1.聚晶燒結(jié)溫度和壓力很高；2.聚晶產(chǎn)品硬度和強(qiáng)度不夠高;3.聚晶組織和性能均勻性差，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。
[0004]由于存在這些問題，PCBN聚晶產(chǎn)品的應(yīng)用受到局限，特別是作為刀具用的聚晶還不過關(guān)，對一些硬韌合金鋼材料加工效果差，還有一些高硬度金屬材料難以加工。例如，加工鑄鐵，無論是現(xiàn)有的金剛石聚晶還是PCBN聚晶，加工效果都不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑。
[0006]本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明的PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑是由下述質(zhì)量百分比的原料組成，其中:高熵合金20%?50%，碳化物陶瓷50%?80%。優(yōu)選方案是由質(zhì)量百分比為35%的高熵合金、65%的碳化物陶瓷組成。
[0007]本發(fā)明所述高熵合金包括質(zhì)量百分比為15%?25%的鉻、15%?25%的鉬、15%?25%的鎢、10%?20%的鈦、10%?20%的鎳，以及0%?5%的鈰；且所述高熵合金為粒徑5?40μπι的粉末顆粒。
[0008]本發(fā)明中所述高熵合金優(yōu)選方案是由質(zhì)量百分比為鉻25%、鉬2 5%、鎢2 5%、鈦12%、鎳12%、鈰1%組成。
[0009 ] 本發(fā)明所述碳化物陶瓷是由質(zhì)量百分比為55%?95%的碳化硅、5%?45%的碳化鎢組成，且所述碳化物陶瓷為粒徑5?40μπι的粉末顆粒。
[0010]本發(fā)明中所述碳化物陶瓷優(yōu)選方案是由質(zhì)量百分比為碳化硅70%、碳化鎢30%組成。
[0011]本發(fā)明的結(jié)合劑用量如下:在高壓高溫合成PCBN的制造工藝中，碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑與立方氮化硼(CBN)配料的質(zhì)量10%?30%: 70%?90%;優(yōu)選用量:結(jié)合劑20%，CBN80%o
[0012]本發(fā)明所述的高熵合金可以形成高混合熵穩(wěn)定的固溶體，產(chǎn)生多種特殊效應(yīng)，例如熱力學(xué)上的高熵效應(yīng)，結(jié)構(gòu)上的晶格畸變效應(yīng)、多組元之間的協(xié)同效應(yīng)以及性能上的“雞尾酒”效應(yīng)等。因此，與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金更容易實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化和合金化，合金熔點(diǎn)更低，具有一些傳統(tǒng)合金所無法比擬的優(yōu)異性能，例如高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨、高電阻、高熱阻、耐腐蝕性等。
[0013]因此，高熵合金作為結(jié)合劑應(yīng)用于PCBN高壓高溫?zé)Y(jié)，有利于實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程，降低燒結(jié)條件(燒結(jié)壓力、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間)，提高和穩(wěn)定聚晶產(chǎn)品質(zhì)量。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
1.降低CBN聚晶燒結(jié)壓力和溫度。傳統(tǒng)工藝常用壓力為4.5?6.5 GPa，加熱至1450?1650 °C。與原有工藝相比，表觀壓力(I OOMPa )降低I?5 M Pa (相當(dāng)于壓力降低I %?5%)，溫度下降10?50°C。
[0015]2.有效地提高PCBN聚晶質(zhì)量。聚晶具有超硬性(維氏硬度38?55 GPa)、高耐磨性、耐高溫等特點(diǎn)。成功用于制造切削刀具，可以加工其他刀具無法加工的硬質(zhì)合金、鑄鐵和高硬度合金鋼等難加工硬質(zhì)材料。
[0016]3.提尚了尚壓尚溫?zé)Y(jié)工藝過程和聚晶廣品質(zhì)量的穩(wěn)定性，廣品優(yōu)等品率可提尚5%?10%，優(yōu)等品率達(dá)到95%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例1
1、制備高熵合金粉
⑴按質(zhì)量百分比取:鉻25 %、鉬25 %、鎢25 %、鈦12 %、鎳12 %、鈰I %。
[0018]⑵通過粉碎、篩分工序?qū)⑸鲜鲈现苽涑蔀榱?0μπι的粉末顆粒。
[0019]⑶高熵合金粉的配制方法可采用下述兩種方法之一來進(jìn)行:
方法之一:使用單質(zhì)金屬混合粉。此法操作簡便，按照發(fā)明要求的成分和配比，進(jìn)行配料和混料，在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料，混合好的金屬粉料可以作為結(jié)合劑的原料備用。
[0020]方法之二:使用預(yù)合金粉。此法需要預(yù)先合金化，然后制成粉末以備使用。實(shí)施步驟如下:①按照上述方法之一給出的高熵合金的配方要求進(jìn)行配料;②采用真空熔煉的方法，將配好的物料置于高溫爐內(nèi)，熔煉成高熵合金;③然后采用霧化法，將熔煉好的合金通過霧化過程制成粉末，作為結(jié)合劑原料以備使用。
[0021]2、制備碳化物陶瓷粉末
⑴按質(zhì)量百分比取:碳化硅70%，碳化鎢30%。
[0022]⑵通過粉碎、篩分工序?qū)⑸鲜鲈现苽涑蔀榱?0μπι的粉末顆粒。
[0023]⑶配制方法:按照本發(fā)明要求的成分和配比，進(jìn)行配料和混料。在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料?；旌虾玫奶沾煞哿峡梢宰鳛榻Y(jié)合劑的原料以備使用。
[0024]3、結(jié)合劑粉末的配制
將準(zhǔn)備好的上述兩種材料，按照高熵合金35%和碳化物陶瓷65%的配比進(jìn)行配料，然后在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料。混合料妥善保存，作為制造PCBN的結(jié)合劑使用。
[0025]實(shí)施例2
1、制備高熵合金粉
⑴按質(zhì)量百分比取:鉻23%、鉬24%、鎢24%、鈦15%、鎳14%。
[0026]⑵通過粉碎、篩分工序?qū)⑸鲜鲈现苽涑蔀榱?0μπι的粉末顆粒。
[0027]⑶高熵合金粉末的配制方法可采用下述兩種方法之一來進(jìn)行:
方法之一:使用單質(zhì)金屬混合粉。此法操作簡便，按照發(fā)明要求的成分和配比，進(jìn)行配料和混料，在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料，混合好的金屬粉料可以作為結(jié)合劑的原料備用。
[0028]方法之二:使用預(yù)合金粉。此法需要預(yù)先合金化，然后制成粉末以備使用。實(shí)施步驟如下:①按照上述方法之一給出的高熵合金的配方要求進(jìn)行配料;②采用真空熔煉的方法，將配好的物料置于高溫爐內(nèi)，熔煉成高熵合金;③然后采用霧化法，將熔煉好的合金通過霧化過程制成粉末，作為結(jié)合劑原料以備使用。
[0029]2、制備碳化物陶瓷粉末
⑴按質(zhì)量百分比取:碳化硅80%，碳化鎢20%。
[0030]⑵通過粉碎、篩分工序?qū)⑸鲜鲈现苽涑蔀榱?0μπι的粉末顆粒。
[0031]⑶配制方法:按照本發(fā)明要求的成分和配比，進(jìn)行配料和混料。在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料?；旌虾玫奶沾煞哿峡梢宰鳛榻Y(jié)合劑的原料以備使用。
[0032]3、結(jié)合劑粉末的配制
將準(zhǔn)備好的上述兩種材料，按照高熵合金40%和碳化物陶瓷60%的配比進(jìn)行配料，然后在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料?；旌狭贤咨票４妫鳛橹圃霵CBN的結(jié)合劑使用。
[0033]實(shí)施例3
1、制備高熵合金粉
(I)按質(zhì)量百分比取:鉻23%、鉬24%、鎢24%、鈦14%、鎳13%、鈰2%。
[0034]⑵通過粉碎、篩分工序?qū)⑸鲜鲈现苽涑蔀榱?0μπι的粉末顆粒。
[0035]⑶高熵合金粉末的配制方法可采用下述兩種方法之一來進(jìn)行:
方法之一:使用單質(zhì)金屬混合粉。此法操作簡便，按照發(fā)明要求的成分和配比，進(jìn)行配料和混料，在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料，混合好的金屬粉料可以作為結(jié)合劑的原料備用。
[0036]方法之二:使用預(yù)合金粉。此法需要預(yù)先合金化，然后制成粉末以備使用。實(shí)施步驟如下:①按照上述方法之一給出的高熵合金的配方要求進(jìn)行配料;②采用真空熔煉的方法，將配好的物料置于高溫爐內(nèi)，熔煉成高熵合金;③然后采用霧化法，將熔煉好的合金通過霧化過程制成粉末作為結(jié)合劑原料以備使用。
[0037]2、制備碳化物陶瓷粉末
⑴按質(zhì)量百分比取:碳化硅85%，碳化鎢15%。
[0038]⑵通過粉碎、篩分工序?qū)⑸鲜鲈现苽涑蔀榱?0μπι的粉末顆粒。
[0039]⑶配制方法:按照本發(fā)明要求的成分和配比，進(jìn)行配料和混料。在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料?；旌虾玫奶沾煞哿峡梢宰鳛榻Y(jié)合劑的原料以備使用。
[0040]3、結(jié)合劑粉末的配制
將準(zhǔn)備好的上述兩種材料，按照高熵合金40%和碳化物陶瓷60%的配比進(jìn)行配料，然后在三維混料機(jī)中進(jìn)行球磨混料。混合料妥善保存，作為制造PCBN的結(jié)合劑使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑，其特征在于:它是由下述質(zhì)量百分比的原料組成，其中:高熵合金20%?50%，碳化物陶瓷50%?80%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑，其特征在于:所述高熵合金包括質(zhì)量百分比為15%?25%的鉻、15%?25%的鉬、15%?25%的鎢、10%?20%的鈦、10%?20%的鎳，以及0%?5%的鈰;且所述高熵合金為粒徑5?40μπι的粉末顆粒。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑，其特征在于:所述碳化物陶瓷是由質(zhì)量百分比為55%?95%的碳化硅、5%?45%的碳化鎢組成，且所述碳化物陶瓷為粒徑5?40μηι的粉末顆粒。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑，其特征在于:所述高熵合金是由質(zhì)量百分比為25%的鉻、25%的鉬、25%的鎢、12%的鈦、12%的鎳、1%的鈰組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑，其特征在于:所述碳化物陶瓷是由質(zhì)量百分比為70%的碳化硅、30%的碳化鎢組成。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種PCBN專用碳化物基高熵合金陶瓷結(jié)合劑。該結(jié)合劑是由下述質(zhì)量百分比的原料組成，其中：高熵合金20%~50%，碳化物陶瓷50%~80%。本發(fā)明所述的高熵合金可以形成高混合熵穩(wěn)定的固溶體，產(chǎn)生多種特殊效應(yīng)，例如熱力學(xué)上的高熵效應(yīng)，結(jié)構(gòu)上的晶格畸變效應(yīng)、多組元之間的協(xié)同效應(yīng)以及性能上的“雞尾酒”效應(yīng)等。因此，與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金更容易實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化和合金化，合金熔點(diǎn)更低，具有一些傳統(tǒng)合金所無法比擬的優(yōu)異性能，例如高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨、高電阻、高熱阻、耐腐蝕性等。
【IPC分類】C22C1/05, C22C29/16
【公開號】CN105624513
【申請?zhí)枴緾N201610092545
【發(fā)明人】王秦生, 李劍, 梁寶巖
【申請人】中原工學(xué)院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月19日