一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(pcbn)刀具及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種刀具及其制備方法，尤其是一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚晶立方氮化硼簡(jiǎn)稱PCBN，立方氮化硼是一種硬度僅次于金剛石的人工合成超硬材料，聚晶立方氮化硼刀具是以立方氮化硼單晶為原料，在高溫高壓下加入粘結(jié)劑燒結(jié)形成的塊狀聚合體。由于具備極高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具可以用于實(shí)現(xiàn)高速干式切削，它為多種難加工金屬材料提供了一種高效的切割方案。影響這種材料性能的主要因素是粘結(jié)劑。有研宄發(fā)現(xiàn)，在同等速度下連續(xù)切削，PCBN刀具切削高韌性鑄鐵如蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵時(shí)的壽命只有切削灰鑄鐵時(shí)的1/10左右，而首要原因是由于高韌性鑄鐵在PCBN刀具切削刃表面沒(méi)有形成MnS自潤(rùn)滑薄膜，因此嚴(yán)重影響了刀具的壽命因此，開(kāi)發(fā)一種適合切削高性能鑄鐵(球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵)高速干切削的PCBN刀具材料有較重要的應(yīng)用意義。
[0003]中國(guó)專利CN101892412A公開(kāi)了一種立方氮化硼/碳化鈦復(fù)合燒結(jié)刀具材料及其制備方法，通過(guò)在立方氮化硼微晶中加入高劑量的碳化鈦微晶(質(zhì)量百分比30-50)，微量的碳粉、硅粉和鋁粉，得到了一種硬度高耐磨性好的刀具材料。在線速度300m/min左右的條件下加工淬火齒輪，其效率是傳統(tǒng)刀具的1.5倍以上，使用壽命是傳統(tǒng)刀具的2倍以上。
[0004]中國(guó)專利CN 102557647A公開(kāi)了一種立方氮化硼聚晶復(fù)合材料，除了一般的結(jié)合劑以外還添加了增韌劑如SiC晶須、納米金剛石、氧化鋯粉作為輔料制成立方氮化硼聚晶復(fù)合材料，提高了立方氮化硼聚晶復(fù)合材料的耐磨和耐崩損性。
[0005]中國(guó)專利CN101712550A以立方氮化硼為主要原料，并加入高純度(99.5%以上)微晶粉末狀的硼和鋁，以及具有金剛石結(jié)構(gòu)的碳，在超高溫高壓下制備出了一種硬度強(qiáng)，耐磨性和耐熱性強(qiáng)的立方氮化硼超硬刀具。
[0006]中國(guó)專利CN103030397A以非化學(xué)計(jì)量比的氮化鈦(TiNx，0.3彡X彡0.6)作為立方氮化硼聚晶復(fù)合材料中結(jié)合劑的基本組份，和氮化鋁和碳化鈦組成結(jié)合劑，再與立方氮化硼單晶在高溫高壓燒結(jié)制備出立方氮化硼聚晶復(fù)合材料，得到的材料具有較高的硬度和斷裂韌性。
[0007]上述技術(shù)具有針對(duì)立方氮化硼刀具的力學(xué)性能改善，如硬度、耐磨性、韌性等方面進(jìn)行結(jié)合劑成分的改進(jìn)，但缺少對(duì)刀具材料自潤(rùn)滑性能(即刀具摩擦系數(shù))的改善的研宄，而摩擦系數(shù)的大小對(duì)刀具在切削過(guò)程中的機(jī)械磨損起著重要作用。本發(fā)明創(chuàng)造性地在結(jié)合劑中加入一種具有極低摩擦系數(shù)的材料，AlMgB14，在保證刀具具有高的硬度和耐磨性的同時(shí)可以降低在切削過(guò)程中，尤其是高速干切削高性能鑄鐵過(guò)程中的摩擦系數(shù)，減少了刀具磨損，延長(zhǎng)了刀具壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具及其制備方法，通過(guò)在PCBN結(jié)合劑中添加一定量的AlMgB14,來(lái)降低摩擦系數(shù)，來(lái)制備適宜于高速干切削性鑄鐵的刀具。
[0009]一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，由立方氮化硼單晶及結(jié)合劑制備而成。所述立方氮化硼單晶為平均粒度為0.5-40 μπι的立方氮化硼單晶，占總質(zhì)量百分比為80%~85%，所述結(jié)合劑占總質(zhì)量百分比為15%~20%。
[0010]所述結(jié)合劑包括TiN、A1N、TiC及AlMgB14,所述TiN、A1N、TiC平均粒度均為0.5-10 μ m，所占結(jié)合劑總質(zhì)量百分比分別為60%~70%，5%~10%，5%~10%。
[0011]所述AlMgB14平均粒度為0.5-10 μ m，占結(jié)合劑總質(zhì)量百分比為15%~30%。
[0012]如上所述的刀具，其制備方法為:1)按照所述比例稱取各組分，裝入球磨罐中，在滾筒球磨機(jī)上球磨24小時(shí)使其混合均勻，制備混合粉料；2)將步驟I)所得混合粉料裝入模具進(jìn)行冷壓，真空處理，將壓坯與葉臘石組裝成為組裝體；3)將步驟2)所得組裝體放入壓機(jī)中加壓至5-6GPa，溫度1450-1650°C，燒結(jié)20-40分鐘，制備胚料；4)將步驟3)所得坯料，經(jīng)過(guò)切割成片狀，經(jīng)磨削、拋光加工，可以制成各種角度的切削刀具。
[0013]通過(guò)調(diào)整所述刀具組分的含量，所述刀片適用于普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的高速干切削加工。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過(guò)在常用的結(jié)合劑(氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁)中加入AlMgB14，與立方氮化硼單晶一起燒結(jié)制備出一種適合于高速干式切削高性能鑄鐵材料的自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼刀具。所述刀具既可以保證硬度、韌性，又降低了刀具與鑄鐵的摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)了刀具的壽命，是一種自潤(rùn)型刀具。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但這些例舉性實(shí)施方式的用途和目的僅用來(lái)例舉本發(fā)明，并非對(duì)本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍構(gòu)成任何形式的任何限定，更非將本發(fā)明的保護(hù)范圍局限于此。
[0016]實(shí)施例1
一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，由占總質(zhì)量百分比為80%，平均粒度為0.5-40 μ m的立方氮化硼單晶和占總質(zhì)量百分比20%結(jié)合劑制備，所述結(jié)合劑分別為平均粒度為0.5-10 μ m的TiN, AlN、TiC,和平均粒度為0.5-10 μ m的AlMgB14,所述結(jié)合劑各組分其占結(jié)合劑總質(zhì)量百分比分別為70%，10%、5%和15%。
[0017]如上所述的一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，其制備方法為:1)按照所述比例稱取各組分，裝入球磨罐中，在滾筒球磨機(jī)上球磨24小時(shí)使其混合均勻，制備混合粉料；2)將步驟I)所得混合粉料裝入模具進(jìn)行冷壓，真空處理，將壓坯與葉臘石組裝成為組裝體；3)將步驟2)所得組裝體放入壓機(jī)中加壓至5-6GPa，溫度1450-1650°C，燒結(jié)20-40分鐘，制備胚料；4)將步驟3)所得坯料，經(jīng)過(guò)切割成片狀，經(jīng)磨削、拋光加工，可以制成各種角度的切削刀具。
[0018]如上所述的一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，其應(yīng)用為普通灰鑄鐵以及球墨鑄鐵的高速干切削加工。
[0019]實(shí)施例2
一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，由占總質(zhì)量百分比為85%，平均粒度為0.5-20 μπι和20-40 μπι的兩種立方氮化硼單晶和占總質(zhì)量百分比15%結(jié)合劑制備，所述平均粒度為0.5-20 μπι立方氮化硼單晶占立方氮化硼單晶總質(zhì)量的60%，所述平均粒度20-40 μ m立方氮化硼單晶占立方氮化硼單晶總質(zhì)量的40%，所述結(jié)合劑分別為平均粒度為0.5-10 μ m的TiN, AlN、TiC,和平均粒度為0.5-10 μ m的AlMgB14,所述結(jié)合劑各組分其占結(jié)合劑總質(zhì)量百分比分別為60%，5%、5%和30%。
[0020]具體制備方法同實(shí)施例1。
[0021]如上所述的一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，其應(yīng)用為蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的高速干切削加工。
[0022]小結(jié)
實(shí)施例1中所述刀具與鑄鐵的摩擦系數(shù)為0.12，相比于普通CBN刀具的0.23和硬質(zhì)合金的0.52分別降低了 48%和77%，形成了高速干切削加工高性能鑄鐵過(guò)程中的自潤(rùn)滑效應(yīng)；刀具硬度達(dá)到42 GPa,適合于一些較低硬度的球墨鑄鐵和普通灰鑄鐵，在線速度為300m/min的條件下切削這類鑄鐵材料時(shí)，刀具壽命比傳統(tǒng)陶瓷刀具提高20-30%，比硬質(zhì)合金刀具提高70-80%。
[0023]實(shí)施例2中所述刀具結(jié)合劑中的AlMgB14的含量增加至30%，摩擦系數(shù)低至0.06，硬度達(dá)到55GPa，適合切削高強(qiáng)度和高耐磨性的球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵以及可鍛鑄鐵，線速度為300m/min時(shí)刀具使用壽命是普通刀具的1.5倍。
[0024]綜上所述本發(fā)明所述的一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，通過(guò)在常用的結(jié)合劑(氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁)中加入AlMgB14，與立方氮化硼單晶一起燒結(jié)制備出一種適合于高速干式切削高性能鑄鐵材料的自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼刀具。所述刀具既可以保證硬度、韌性，又降低了刀具與鑄鐵的摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)了刀具的壽命，是一種自潤(rùn)型刀具。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，其特征在于:由立方氮化硼單晶及結(jié)合劑制備而成，其特征在于:所述結(jié)合劑中包括TiN、AlN、TiC及AlMgB14。
2.如權(quán)利要求1所述的一種刀具，其特征在于:所述立方氮化硼單晶為平均粒度為0.5-40 μm的立方氮化硼單晶，占總質(zhì)量百分比為80。/『85%，所述結(jié)合劑占總質(zhì)量百分比為15%~20%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種刀具，其特征在于:所述結(jié)合劑中TiN、AlN、TiC所述TiN、A1N、TiC平均粒度均為0.5-10 μ m，所占結(jié)合劑總質(zhì)量百分比分別為60%~70%，5%~10%，5~10%，所述AlMgB14平均粒度為0.5-10 μ m，占結(jié)合劑總質(zhì)量百分比為15%~30%。
4.如權(quán)利要求1-3所述的一種刀具，其制備方法為:I)按照所述比例稱取各組分，裝入球磨罐中，在滾筒球磨機(jī)上球磨24小時(shí)使其混合均勻，制備混合粉料；2)將步驟I)所得混合粉料裝入模具進(jìn)行冷壓，真空處理，將壓坯與葉臘石組裝成為組裝體；3)將步驟2)所得組裝體放入壓機(jī)中加壓至5-6GPa，溫度1450-1650°C，燒結(jié)20-40分鐘，制備胚料；4)將步驟3)所得坯料，經(jīng)過(guò)切割加工成片狀，經(jīng)磨削、拋光加工，可以制成各種角度的切削刀具。
5.如權(quán)利要求1所述的刀具，其應(yīng)用為普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的高速干切削加工。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自潤(rùn)滑聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具及其制備方法，以立方氮化硼微粉為主，除了碳化鈦、氮化鋁、氮化鈦等結(jié)合劑之外，還在結(jié)合劑中添加了一定量的鋁鎂硼（AlMgB14）。所述刀具既可以保證硬度、韌性，又降低了刀具與鑄鐵材料的摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)了刀具的壽命。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-5835, C04B35-5831, C04B35-63
【公開(kāi)號(hào)】CN104591742
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410843779
【發(fā)明人】張鳳林, 李盼來(lái), 王成勇, 黃惠平, 伍尚華
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日