一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別涉及一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]立方結(jié)構(gòu)的氮化硼，分子式為CBN其晶體結(jié)構(gòu)類似金剛石，硬度略低于金剛石，常用作磨料和刀具材料。立方氮化硼是由六方氮化硼和觸媒在高溫高壓下合成的，它具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，以及良好的透紅外形和較寬的禁帶寬度等優(yōu)異性能，它的硬度僅次于金鋼石，但熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于金鋼石，對(duì)鐵系金屬元素有較大的化學(xué)穩(wěn)定性。但是目前立方氮化硼材料普遍反映韌性較差，不適合強(qiáng)斷續(xù)切削場(chǎng)合使用。這一點(diǎn)大大限制了立方氮化硼刀片的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中立方氮化硼的缺點(diǎn)，提供一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料及其制備方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，其原料和組成如下:CBN70-90%wt，粒度1-1Oum ；A1-Ti 合金粉 3-12%,粒度 0.5_3um ；TiCN 粉末 5-15%wt,粒度 l_5um ；SIALON 粉末3_5%wt，粒度 0.1-1um ；Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉 0.5_3%wt，粒度 0.5_lum。
[0005]一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，包括如下步驟:
步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，溫度為1500-2000°C熔煉1-2小時(shí)，最后由球團(tuán)機(jī)制成圓球或圓棒；
步驟二，將步驟一制備的圓球或圓棒放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下混合。
[0006]步驟三:將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中，在1200-1600°C，壓力3-7gpa條件下燒結(jié)5—12min，形成高韌性立方氮化硼材料。
[0007]所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的質(zhì)量比為2:1。
[0008]所述Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉中 Fe、Cr、Mo、C、Nb 的質(zhì)量比為 10:5:2:0.5:1。
[0009]所述圓球或圓棒的粒度為5_20mm。
[0010]本發(fā)明首先將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在保護(hù)氣氛下熔煉，最后制成大小不等(5- 20mm)的圓球或圓棒，最后放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把其余粉料放入球磨罐，在保護(hù)氣氛下(N2氣)高速混合過(guò)程中Fe-Cr-Mo-C-Nb合金材質(zhì)的圓球或圓棒磨損而進(jìn)入混合粉末中，通過(guò)稱量控制摻入量。這種混合方法，既保證了粉末摻入均勻，又可以得到粒度很細(xì)的而又不氧化的合金粉。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1 一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，其原料和組成如下:CBN70-90%wt，粒度1-1Oum ；A1-Ti 合金粉 3-12%,粒度 0.5_3um ；TiCN 粉末 5-15%wt,粒度 l_5um ；SIALON 粉末3_5%wt，粒度 0.1-1um ；Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉 0.5_3%wt，粒度 0.5_lum。
[0012]一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，包括如下步驟:
步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，溫度為1500-2000°C熔煉1-2小時(shí)，最后由球團(tuán)機(jī)制成圓球或圓棒；
步驟二，將步驟一制備的圓球或圓棒放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下混合。
[0013]步驟三:將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中，在1200-1600°C，壓力3-7gpa條件下燒結(jié)5—12min，形成高韌性立方氮化硼材料。
[0014]所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的質(zhì)量比為2:1。
[0015]所述Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉中 Fe、Cr、Mo、C、Nb 的質(zhì)量比為 10:5:2:0.5:1。
[0016]所述圓球或圓棒的粒度為5_20mm。
[0017]實(shí)施例2
一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，其原料和組成如下:70gCBN，粒度1-1Oum ；A1-Ti 合金粉 3g，粒度 0.5_3um ；TiCN 粉末 15g,粒度 l_5um ；SIALON 粉末 3g，粒度0.1-1um ；Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉 0.5g，粒度 0.5_lum。
[0018]一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，包括如下步驟:
步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，溫度1500°C下熔煉I小時(shí)，最后由球團(tuán)機(jī)制成圓棒；
步驟二，將步驟一制備的圓棒放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下混合。
[0019]步驟三:將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中，在1600度，壓力3gpa條件下燒結(jié)12min，形成高韌性立方氮化硼材料。
[0020]所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的質(zhì)量分別為2g、lg。
[0021]所述Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉中 Fe、Cr、Mo、C、Nb 的質(zhì)量分別為 0.22 g、0.11 g、0.045 g、0.02 g、0.123 g。
[0022]所述圓棒的粒度為5_20mm。
[0023]實(shí)施例3
一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，其原料和組成如下:90gCBN，粒度1-1Oum ；A1-Ti 合金粉 12g，粒度 0.5_3um ；TiCN 粉末 5g,粒度 l_5um ；SIALON 粉末 3g，粒度0.1-1um ；Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉 0.5g，粒度 0.5_lum。
[0024]一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，包括如下步驟:
步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，在2000的溫度下熔煉I小時(shí)，最后由球團(tuán)機(jī)制成的圓球；
步驟二，將步驟一制備的圓球放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下高速混合。
[0025]步驟三:將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中，在1600度，壓力3gpa條件下燒結(jié)12min，形成高韌性立方氮化硼材料。
[0026]所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的質(zhì)量分別為2g、lg。
[0027]所述Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉中 Fe、Cr、Mo、C、Nb 的質(zhì)量分別為 0.22 g、0.11 g、0.045 g、0.02 g、0.123 g。
[0028]所述圓球的粒度為5_20mm。
[0029]實(shí)施例4
一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，其原料和組成如下:85gCBN，粒度1-1Oum ；A1-Ti 合金粉 9g，粒度 0.5_3um ；TiCN 粉末 1g,粒度 l_5um ；SIALON 粉末 4g，粒度0.1-1um ；Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉 3g，粒度 0.5_lum。
[0030]一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，包括如下步驟:
步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，溫度1600°C下熔煉1.5小時(shí)，最后由球團(tuán)機(jī)制成圓棒；
步驟二，將步驟一制備的圓棒放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下高速混合。
[0031]步驟三:將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中，在1500度，壓力4gpa條件下燒結(jié)lOmin，形成高韌性立方氮化硼材料。
[0032]所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的質(zhì)量分別為6g、3g。
[0033]所述Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉中 Fe、Cr、Mo、C、Nb 的質(zhì)量分別為 1.6g、0.8g、0.35 g、0.08 g、0.17 go
[0034]所述圓棒的粒度為5-20mm。
[0035]實(shí)施例5
一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，其原料和組成如下:75gCBN，粒度1-1Oum ；A1-Ti 合金粉 9g，粒度 0.5_3um ；TiCN 粉末 13g,粒度 l_5um ；SIALON 粉末 4g，粒度0.1-1um ；Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉 2g，粒度 0.5_lum。
[0036]一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，包括如下步驟:
步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，溫度為1700°C下熔煉I小時(shí)，最后由球團(tuán)機(jī)制成圓球；
步驟二，將步驟一制備的圓球放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下高速混合。
[0037]步驟三:將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中，在1500度，壓力4gpa條件下燒結(jié)lOmin，形成高韌性立方氮化硼材料。
[0038]所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的質(zhì)量分別為6g、3g。
[0039]所述Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉中 Fe、Cr、Mo、C、Nb 的質(zhì)量分別為 1.lg、0.54g、0.18g、0.06g、0.12g0
[0040]所述圓球的粒度為5_20mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，其原料和組成如下:CBN70-90%wt，粒度 1-1Oum ；A1-Ti 合金粉 3-12%,粒度 0.5_3um ；TiCN 粉末 5-15%wt,粒度 l_5um ；SIALON粉末 3_5%wt，粒度 0.1-1um ；Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉 0.5_3%wt，粒度 0.5_lum。
2.如權(quán)利要求1所述的高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，如下步驟: 步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，溫度為1500-2000°C熔煉1-2小時(shí)，最后由球團(tuán)機(jī)制成圓球或圓棒； 步驟二，將步驟一制備的圓球或圓棒放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行混合。
3.步驟三:將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中，在1200-1600°C，壓力3-7gpa條件下燒結(jié)5—12min，形成高韌性立方氮化硼材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，所述Al-Ti合金粉中Al、Ti的質(zhì)量比為2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其特征在于，所述Fe-Cr-Mo-C-Nb 合金粉中 Fe、Cr、Mo、C、Nb 的質(zhì)量比為 10:5:2:0.5:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料的制備方法，其特征在于，所述圓球或圓棒的粒度為5-20mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種高韌性立方氮化硼燒結(jié)材料，其原料和組成如下：CBN70-90%wt，粒度1-10um；Al-Ti合金粉3-12%，粒度0.5-3um；TiCN粉末5-15%wt,粒度1-5um；SIALON粉末3-5%wt，粒度0.1-1um；Fe-Cr-Mo-C-Nb合金粉0.5-3%wt，粒度0.5-1um。制備方法如下：步驟一，將Fe、Cr、Mo、C、Nb金屬按要求比例混合，熔煉，由球團(tuán)機(jī)制成圓球或圓棒；步驟二，將圓球或圓棒放到球磨罐中做球磨介質(zhì)，再把CBN、Al-Ti合金粉、TiCN粉末、SIALON粉末放入球磨罐混合。步驟三：將混合好的粉末裝入石墨模具中，置于六面頂壓機(jī)中燒結(jié)形成高韌性立方氮化硼材料。本發(fā)明既保證了粉末摻入均勻，又可以得到粒度很細(xì)的而又不氧化的合金粉。
【IPC分類】B22F1-00, C22C29-16, B22F9-04, B22F3-10
【公開(kāi)號(hào)】CN104525935
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410757568
【發(fā)明人】崔衛(wèi)民, 張素梅, 劉書(shū)鋒
【申請(qǐng)人】鄭州博特硬質(zhì)材料有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月12日