一种pcbn专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于立方氮化硼聚晶(下称PCBN)超硬材料制造技术领域，具体说是涉及一种PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂。
技术背景
[0002]现在制造立方氮化硼聚晶使用的结合剂，有三类:1.金属结合剂，由
金属或合金组成；2.陶瓷结合剂，仅陶瓷组成。3.金属陶瓷结合剂，由陶瓷和金属或合金组成;通常由一种金属和一种陶瓷组成，例如N1-Si 3N4。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T1-Al-Mo。
[0003]现有PCBN结合剂存在的问题是:1.聚晶烧结温度和压力很高；2.聚晶产品硬度和强度不够高;3.聚晶组织和性能均匀性差，产品质量不够稳定。
[0004]由于存在这些问题，PCBN聚晶产品的应用受到局限，特别是作为刀具用的聚晶还不过关，对一些硬韧合金钢材料加工效果差，还有一些高硬度金属材料难以加工。例如，加工铸铁，现在无论是金刚石聚晶或是PCBN聚晶，加工效果都不够理想。
【发明内容】
[0005]本发明正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂。
[0006]本发明的目的是通过下述技术措施来实现:
本发明的PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂是由下述质量百分比的原料组成，其中:20%?65%的高熵合金、35%?80%的氮化物陶瓷。优选方案是由质量百分比为高熵合金35%、氮化物陶瓷65 %组成。
[0007]本发明所述高熵合金包括质量百分比为15%?25%的钛、15%?25%的铬、15%?25%的钒、10%?20%的钴、10%?20%的铝，以及0%?5%的铈；且所述高熵合金为粒径5?40μπι的粉末颗粒。
[0008]本发明所述高熵合金优选方案是由质量百分比为25%的钛、25%的铬、25%的钒、12%的钴、12%的铝，1%的铈组成。
[0009]本发明所述氮化物陶瓷是由质量百分比为55%?95%的氮化硅、5%?45%的氮化钛;且所述氮化物陶瓷为粒径5?40μπι的粉末颗粒。
[0010]本发明所述氮化物陶瓷优选方案是由质量百分比为65%的氮化硅、35%的氮化钛组成。
[0011]本发明的结合剂的用量如下:在高压高温合成PCBN的制造工艺中，氮化物基高熵合金陶瓷结合剂与立方氮化硼(CBN)配料的质量为:
结合剂:CBN= 10%?30%: 70%?90%。
[0012]优选:结合剂20%，CBN80%。
[0013]本发明中所述的高熵合金可以形成高混合熵稳定的固溶体，产生多种特殊效应，例如热力学上的高熵效应，结构上的晶格畸变效应、多组元之间的协同效应以及性能上的“鸡尾酒”效应等。因此，与传统合金相比，高熵合金更容易实现均质化和合金化，合金熔点更低，具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，例如高强度、高硬度、高耐磨、高电阻、高热阻、耐腐蚀性等。
[0014]因此，高熵合金作为结合剂应用于PCBN高压高温烧结，有利于实现烧结过程，降低烧结条件(烧结压力、烧结温度和烧结时间)，提高和稳定聚晶产品质量。
[0015]本发明的有益效果如下:
1.降低CBN聚晶烧结压力和温度。传统工艺常用压力为4.5?6.5 GPa，加热至1450?1650°C。与原有工艺相比，表观压力(10MPa)降低I?10 MPa(相当于压力降低1%?10 %)，温度下降30?100°C。
[0016]2.有效地提高PCBN聚晶质量。生产的聚晶具有高硬度(维氏硬度38?55 GPa)、抗热振性和良好的高温蠕变性等特点。这种聚晶成功用于制造切削刀具，可以加工既硬又韧的耐高温难加工合金钢材料，也可以加工铸铁之类高硬度难加工金属材料。
[0017]3.提高了高压高温烧结工艺过程和聚晶产品质量的稳定性。产品废品率可减少1%?5%，优等品率达到90%以上。
【具体实施方式】
[0018]本发明以下将结合实施例作进一步描述:
实施例1
1、制备高熵合金粉
⑴按质量百分比取:钛25%、铬25%、钒25%、钴12%、铝12%，铈1%。
[0019]⑵通过粉碎、筛分工序将上述原料制备成为粒径20μπι的粉末颗粒。
[0020]⑶高熵合金粉末的配制方法可采用下述两种方法之一来进行:
方法之一:使用单质金属混合粉。此法操作简便，按照发明要求的成分和配比，进行配料和混料;在三维混料机中进行球磨混料。混合好的金属粉料，可以作为结合剂的原料备用。
[0021]方法之二:使用预合金粉末。此法需要预先合金化，然后制成粉末以备使用。预先制成高熵合金粉末以备使用。实施步骤如下:①按照上述方法之一给出的高熵合金的配方要求进行配料;②采用真空熔炼的方法，将配好的物料置于高温炉内，熔炼成高熵合金;③然后采用雾化法，将熔炼好的合金通过雾化过程制成粉末，作为结合剂原料以备使用。
[0022]2、制备氮化物陶瓷粉
⑴按质量百分比取:氮化硅65%、氮化钛35%。
[0023]⑵通过粉碎、筛分工序将上述原料制备成为粒径20μπι的粉末颗粒。
[0024]⑶陶瓷粉的配制方法:按照本发明要求的成分和配比，进行配料和混料。在三维混料机中进行球磨混料。混合好的陶瓷粉料，可以作为结合剂的原料以备使用。
[0025]3、结合剂粉的配制
将准备好的上述两种材料，按照高熵合金35%和氮化物陶瓷65%的配比进行配料，然后在三维混料机中进行球磨混料。混合料妥善保存，作为制造PCBN的结合剂使用。
[0026]实施例2 1、制备高熵合金粉
⑴按质量百分比取:钛25%、铬25%、钒25%、钴13%、铝12%。
[0027]⑵通过粉碎、筛分工序将上述原料制备成为粒径20μπι的粉末颗粒。
[0028]⑶高熵合金粉末的配制方法可采用下述两种方法之一来进行:
方法之一:使用单质金属混合粉。此法操作简便，按照发明要求的成分和配比，进行配料和混料;在三维混料机中进行球磨混料。混合好的金属粉料，可以作为结合剂的原料备用。
[0029]方法之二:使用预合金粉末。此法需要预先合金化，然后制成粉末以备使用。预先制成高熵合金粉末以备使用。实施步骤如下:①按照上述方法之一给出的高熵合金的配方要求进行配料;②采用真空熔炼的方法，将配好的物料置于高温炉内，熔炼成高熵合金;③然后采用雾化法，将熔炼好的合金通过雾化过程制成粉末，作为结合剂原料以备使用。
[0030]2、制备氮化物陶瓷粉
⑴按质量百分比取:氮化硅70%、氮化钛30%。
[0031 ]⑵通过粉碎、筛分工序将上述原料制备成为粒径20μπι的粉末颗粒。
[0032]⑶陶瓷粉的配制方法:按照本发明要求的成分和配比，进行配料和混料。在三维混料机中进行球磨混料。混合好的陶瓷粉料，可以作为结合剂的原料以备使用。
[0033]3、结合剂粉的配制
将准备好的上述两种材料，按照高熵合金40%和氮化物陶瓷60%的配比进行配料，然后在三维混料机中进行球磨混料。混合料妥善保存，作为制造PCBN的结合剂使用。
[0034]实施例3
1、制备高熵合金粉
⑴按质量百分比取:钛24%、铬25%、钒24%、钴13%、铝13%，铈1%。
[0035]⑵通过粉碎、筛分工序将上述原料制备成为粒径20μπι的粉末颗粒。
[0036]⑶高熵合金粉末的配制方法可采用下述两种方法之一来进行:
方法之一:使用单质金属混合粉。此法操作简便，按照发明要求的成分和配比，进行配料和混料;在三维混料机中进行球磨混料。混合好的金属粉料，可以作为结合剂的原料备用。
[0037]方法之二:使用预合金粉末。此法需要预先合金化，然后制成粉末以备使用。预先制成高熵合金粉末以备使用。实施步骤如下:①按照上述方法之一给出的高熵合金的配方要求进行配料;②采用真空熔炼的方法，将配好的物料置于高温炉内，熔炼成高熵合金;③然后采用雾化法，将熔炼好的合金通过雾化过程制成粉末，作为结合剂原料以备使用。
[0038]2、制备氮化物陶瓷粉
⑴按质量百分比取:氮化硅65%、氮化钛35%。
[0039]⑵通过粉碎、筛分工序将上述原料制备成为粒径20μπι的粉末颗粒。
[0040]⑶陶瓷粉的配制方法:按照本发明要求的成分和配比，进行配料和混料。在三维混料机中进行球磨混料。混合好的陶瓷粉料，可以作为结合剂的原料以备使用。
[0041]3、结合剂粉的配制
将准备好的上述两种材料，按照高熵合金20%和氮化物陶瓷80%的配比进行配料，然后在三维混料机中进行球磨混料。混合料妥善保存，作为制造PCBN的结合剂使用。
【主权项】
1.一种PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂，其特征在于:它是由下述质量百分比的原料组成，其中:20%?65%的高熵合金、35%?80%的氮化物陶瓷。2.根据权利要求1所述的PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂，其特征在于:所述高熵合金包括质量百分比为15%?25%的钛、15%?25%的铬、15%?25%的钒、10%?20%的钴、10%?20%的铝，以及0%?5%的铈;且所述高熵合金为粒径5?40μπι的粉末颗粒。3.根据权利要求1所述的PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂，其特征在于:所述氮化物陶瓷是由质量百分比为55%?95%的氮化硅、5%?45%的氮化钛;且所述氮化物陶瓷为粒径5?40μηι的粉末颗粒。4.根据权利要求1所述的PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂，其特征在于:所述高熵合金是由质量百分比为25%的钛、25%的铬、25%的钒、12%的钴、12%的铝、1%的铈组成。5.根据权利要求1所述的PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂，其特征在于:所述氮化物陶瓷是由质量百分比为65%的氮化硅、35%的氮化钛组成。
【专利摘要】本发明公开一种PCBN专用氮化物基高熵合金陶瓷结合剂。该结合剂是由下述质量百分比的原料组成，其中：20%~65%的高熵合金、35%~80%的氮化物陶瓷。本发明中所述的高熵合金可以形成高混合熵稳定的固溶体，产生多种特殊效应，例如热力学上的高熵效应，结构上的晶格畸变效应、多组元之间的协同效应以及性能上的“鸡尾酒”效应等。因此，与传统合金相比，高熵合金更容易实现均质化和合金化，合金熔点更低，具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，例如高强度、高硬度、高耐磨、高电阻、高热阻、耐腐蚀性等。
【IPC分类】C22C29/16, C22C30/00, C22C1/05, C22C32/00
【公开号】CN105671406
【申请号】CN201610092546
【发明人】王秦生, 张旺玺, 刘磊
【申请人】中原工学院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月19日