Cvi粘结和涂布pcbn至wc刀体的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请要求于2013年2月28日提交的名称为“CVI粘结和涂布PCBN至WC刀体”的美国临时专利申请61/770419的优先权。
【背景技术】
[0002]本发明涉及一种用于金属机加工的切削刀具，所述切削刀具包括:至少一个含有多晶立方氮化硼(PCBN)的刀体，其具有或没有硬质合金衬底(backing);和在所述刀体表面上的硬的和耐磨的耐火涂层，更加具体地，涉及使用化学气相渗透(CVI)或化学气相沉积(CVD)利用多孔或细颗粒介质填充PCBN刀尖(tool tip)和WC刀体(tool body)之间的缝隙的方法。
[0003]多晶立方氮化硼(PCBN)，多晶金刚石和多晶金刚石复合材料通常用于提供切削刀具的超硬切削刃如在金属机加工中使用的那些。
[0004]具有由超硬磨料如立方氮化硼(CBN)基材料形成的切削刃的切削刀具通过粉末冶金技术制造且主要用于铸铁和硬化钢的机加工。几种类型的CBN切削刀具是已知的，多数由钎焊到硬质合金刀片上的PCBN刀尖构成。其它使PCBN直接烧结至足够厚度的硬质合金衬底以制造刀片，而还有其它由没有任何硬质合金衬底的含PCBN的刀体构成。
[0005]使烧结的PCBN刀体经受超过1000°C的温度可能会导致材料中的不希望的结构变化。此外，在钎焊的刀片的情况下，将会破坏钎焊接头。
[0006]因此，可以看出，对于在PcBN刀尖和刀体(WC/Co)之间具有高温粘结的切削刀具存在需求。
【发明内容】
[0007]在一个实施方式中，切削刀具可包括具有多种超硬粒子的烧结的超硬磨料尖(superabrasive tip);保持所述超硬磨料尖的刀体；和填充所述超硬磨料尖和所述刀体之间的缝隙的非钎焊材料。
[0008]在另一个实施方式中，方法可包括如下步骤:提供烧结的超硬磨料尖；提供刀体；用非钎焊材料填充所述超硬磨料尖和所述刀体之间的缝隙；和将第一涂层沉积到非钎焊材料，其中所述第一涂层是将尖、刀体和非钎焊材料彼此粘结的浸渗剂涂层。
[0009]在又一个实施方式中，刀具可包括具有多种超硬粒子的烧结的超硬磨料尖；保持所述超硬磨料尖的刀体；所述超硬磨料尖和所述刀体之间的浸渗剂粘结涂层；和附着至所述烧结的超硬磨料尖和所述刀体的高温涂层。
【附图说明】
[0010]当结合附图解读时，将会更好地理解前述的概要和以下【具体实施方式】。应理解描述的实施方式不限于示出的精确布置和工具。
[0011]图1是根据示例性实施方式的贴附于刀体的超硬磨料尖的透视图；
[0012]图2是根据另一个示例性实施方式的贴附于刀体的超硬磨料尖的横截面图的光学图像；
[0013]图3是如在图2中所示的贴附于刀体的超硬磨料尖的横截面图的部分放大的光学图像；和
[0014]图4是示出制造根据示例性实施方式的贴附于刀体的超硬磨料尖的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]如本文中使用的术语“尖”是指用于磨削或切削工件的主体，其通过包括混合超硬磨料粒子和粘结剂的步骤的制造工艺来制作。
[0016]如本文中使用的术语“刀体”是指这样的刚体，其将尖牢固地保持在适当位置使得其可以用于车削、铣削、钻孔、切削或钻削应用。
[0017]在一个示例性实施方式中，尖可由贴附于合适刀体如硬质合金硬金属的超硬磨料粒子制成。该示例性实施方式使用化学气相渗透(CVI)或化学气相沉积(CVD)利用多孔或细颗粒介质来填充超硬磨料尖和刀体之间的缝隙。通过CVI或CVD的沉积可以将多孔或细颗粒介质彼此粘结且粘结至尖和刀体。可以作为相同工艺的一部分随后涂布耐高温涂层或一系列多层涂层如Al2O3,以提供增强的耐磨性。
[0018]更具体地，使用的多孔或细颗粒介质可以幸存于CVI或CVD工艺。或者，细颗粒如金刚石或立方氮化硼会被工艺消耗。可以沉积耐高温涂层或一系列多层涂层以在机加工期间向切削刀具提供额外的耐磨性，这对于已经形成的粘结强度没有影响(不同于金属的钎焊)。
[0019]如在图1中所示，切削刀具10包括烧结的超硬磨料尖12和含有孔19的刀体14。刀体14可以由包括钨钴硬质合金的许多材料制成。刀体14可以设计成保持超硬磨料尖12。烧结的超硬磨料尖12可以具有多种超硬粒子，所述超硬粒子可以选自立方氮化硼、金刚石、金刚石复合物和陶瓷材料。在超硬磨料尖和刀体之间可以存在接缝或缝隙例如底部缝隙15和侧壁缝隙16。超硬磨料尖12可以具有或不具有衬底支撑物。衬底支撑物可以是硬金属支撑物如碳化钨支撑物。
[0020]如在图2中所示，刀具10可以包括具有碳化钨支撑物20的超硬磨料尖12。超硬磨料尖12可以具有多晶立方氮化硼(PcBN)粒子。切削刀具10可还包括保持超硬磨料尖12的刀体14。可以沉积可具有至少1000°C的熔点的非钎焊材料24以填充侧壁缝隙16和底部缝隙15。非钎焊材料24可以是例如沸石、陶瓷、立方氮化硼和金刚石中的至少一种。切削刀具10可还包含涂层，例如在超硬磨料尖24和刀体之间的非钎焊材料24上的浸渗剂粘结涂层22。浸渗剂粘结涂层22可以覆盖烧结的超硬磨料尖12、衬底支撑20和刀体14。浸渗剂粘结涂层可以包含含有C、N、0、B的IVB族化合物的至少一种，例如TiN、TiC和TiCN、ZrN、ZrC、ZrCN、HfN、HfC、HfCN。
[0021]图3中显示的放大光学图像示出，涂层22如TiN可能会覆盖全部立方氮化硼晶体24。涂层22可还提供非钎焊材料如cBN、金刚石或沸石，超硬磨料尖20和刀体14之间的粘结。
[0022]由于非钎焊材料具有至少100tC的熔点，所以可将耐高温涂层如A1203 (未显示)沉积或涂布到烧结的超硬磨料尖12、刀体14和布置在超硬磨料尖12和刀体24之间的非钎焊材料。
[0023]图4显示了制造切削刀具的工艺的示例性方法400。所述工艺包括如下步骤:在步骤401中提供超硬磨料尖；在步骤402中提供刀体；在步骤403中用非钎焊材料填充超硬磨料尖和刀体之间的缝隙；在步骤404中将第一涂层沉积到非钎焊材料。
[0024]通过一些方法可将烧结的超硬磨料尖附着至刀体。然后可以将切削刀具放置在CVD(化学气相沉积)反应容器中，其中去除空气且由包含惰性和反应性物种的气体代替。金属沉积可以采用包含羰基金属或金属缩醛丙酮酸盐如五羰基铁的气体。陶瓷沉积前体可指含N、C和O的化合物，其在低于1000°C的温度下裂解。在一些示例性实施方式中，陶瓷沉积前体可包括例如 TiCl4、NH3, CH4