專利名稱：立方氮化硼制品專用含硼金屬結(jié)合劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種立方氮化硼制品專用含硼金屬結(jié)合劑及其制造方法，屬于超硬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，超硬材料制品得到了廣泛的應(yīng)用。超硬材料本身包括兩種材料人造金剛石和人造立方氮化硼。人造金剛石由于在600°C以上開始碳化，特別是在有鐵元素存在的材料中，隨著溫度的升高，其機(jī)械強(qiáng)度迅速下降，因此限制了人造金剛石在加 エ鐵系列金屬制品時(shí)的應(yīng)用。立方氮化硼正好克服了這ー缺陷。立方氮化硼在氧化氣氛條件下，900°C仍能保證其機(jī)械強(qiáng)度，因此在高速自動(dòng)加工機(jī)械領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用。立方氮化硼(CBN)與人造金剛石ー樣是ー種細(xì)的磨粒，必須有結(jié)合劑將其固結(jié)成型，才能起切削作用。傳統(tǒng)的CBN結(jié)合劑有樹脂、陶瓷和金屬結(jié)合劑三種，其中，樹脂結(jié)合劑加工容易、鋒利度好，但使用溫度低，其對CBN磨粒的把持カ極差，因而耐用度也極差；陶瓷結(jié)合劑硬度高，可在高溫下使用，其對CBN磨粒的把持力優(yōu)于樹脂結(jié)合劑，但陶瓷結(jié)合劑太脆，耐沖擊能力差也限制了其使用。金屬結(jié)合劑正好彌補(bǔ)了上述的缺點(diǎn)并保持了前兩者的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的金屬結(jié)合劑均是沿襲了金剛石制品的結(jié)合劑配方方式，由于立方氮化硼CBN和人造金剛石物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，金剛石制品的金屬結(jié)合劑的優(yōu)點(diǎn)沒有在立方氮化硼制品中得到充分的發(fā)揮。這主要是表現(xiàn)在傳統(tǒng)的金剛石制品金屬結(jié)合劑對金剛石能產(chǎn)生一定程度的化學(xué)鍵合，因而把持カ很好。而立方氮化硼是由氮和硼合成的，傳統(tǒng)的金屬結(jié)合劑與這兩種元素沒有產(chǎn)生化學(xué)鍵合，只是簡單意義上的機(jī)械包鑲作用。因此，有必要研究一種與氮和硼有化學(xué)作用的專用結(jié)合剤。

發(fā)明內(nèi)容
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經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、與立方氮化硼CBN結(jié)合好的含硼專用結(jié)合剤。硼元素的最大特點(diǎn)，是可以與很多金屬元素形成高溫、高硬度的硼化物，而輕金屬元素的氮化物也有這種特點(diǎn)，本發(fā)明配方中的硼元素在制品的燒結(jié)成型過程中，可與CBN中的氮產(chǎn)生一定的鍵合，而輕金屬和過渡金屬則容易與硼在燒結(jié)過程中與硼產(chǎn)生一定程度的鍵合，因而可以從真正意義上達(dá)到結(jié)合劑對磨粒的把持作用，所生成的制品其鋒利度和耐用度均有明顯的提高。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)明的立方氮化硼制品專用含硼金屬結(jié)合劑的原料及重量百分比如下其中硼元素含量為2 20%，過渡金屬為5飛0%。，輕金屬為2 10% ;所述渡金屬為鐵、銅、鈷、鎳合金粉末；所述輕金屬為鈣、鎂、鋁合金粉末；其中所有獨(dú)立存在原料粒度均需小于40 μ m。本發(fā)明的的制備方法包括下述步驟
a、按重量百分比取原料，放入氣體保護(hù)的混料機(jī)中混合2 4小時(shí)；b、將步驟a混合物置于高溫?cái)U(kuò)散爐中處理9小吋，高溫?cái)U(kuò)散爐是在還原保護(hù)氣氛中進(jìn)行，其工作過程為
室溫600°C3小時(shí)
600 °C恒溫I小時(shí)
600^800 0CI 小時(shí)
800°C恒溫I小時(shí)
800^960 0CI 小時(shí)
80(T960°C恒溫2小時(shí)
同期自然冷卻至室溫 4飛小時(shí)；
C、將步驟b經(jīng)過處理的原料在氣體保護(hù)或真空球磨機(jī)中粉碎，經(jīng)真空超聲波篩(-400目篩網(wǎng))；
D、將步驟c篩下物經(jīng)稱重，真空包裝為成品。更具體說本發(fā)明中所述原料的選擇如下
根據(jù)國內(nèi)市場的情況，選擇優(yōu)質(zhì)的低碳硼鐵作為硼的來源，其牌號(hào)為FeB23C0. 05，其硼含量在20. (Γ25. 0%之間；過渡金屬鐵、銅、鎳、鈷的合金選用國內(nèi)牌為CSK-I(實(shí)際含量鐵60%，銅10%，鈷30%)和CSQ-I (實(shí)際含量鐵60%，銅10%，鎳30%)，此兩種合金質(zhì)量穩(wěn)定，抗氧化能力較強(qiáng)，有利于保證質(zhì)量。輕金屬選用國內(nèi)牌號(hào)為FLMl的鎂鋁合金粉，其化學(xué)成分為Mg:Al為1:1.全部原料通過400目篩網(wǎng)，真空保存?zhèn)溆?。制備方法如?br> 1、原料的稱量按下述重量百分比進(jìn)行
FeB23C0.0530 60%
CSK-I10^40%
CSQ-I10^40%
FLMl20^50%
2、混料是在真空攪拌三維混料機(jī)中進(jìn)行，混料時(shí)間廣2小時(shí)；混好的料應(yīng)立即送到擴(kuò)散爐，若不立即進(jìn)爐，應(yīng)在真空周轉(zhuǎn)箱中存放。3、預(yù)合金化是在氫氣保護(hù)的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行，預(yù)合金化應(yīng)分兩個(gè)階段。第一階段為原料的凈化階段，即除去原料表面吸附的氧；第二階段為擴(kuò)散預(yù)合金階段，利用原子在高溫下擴(kuò)散的特性，制成有一定預(yù)合金特性的廣義上的合金(實(shí)際上是均勻部分合金混合物)，具體操作如下
室溫一600 0C3小時(shí)
600°C恒溫I小時(shí)
600^800 0CI 小時(shí)
800°C恒溫I小時(shí)
800^960 0CI 小時(shí)
80(T960°C恒溫2小時(shí)
其中80(T960°C和80(T960°C恒溫這兩個(gè)階段可根據(jù)配方不同進(jìn)行調(diào)整。
溫度、時(shí)間達(dá)到指標(biāo)后停止加熱，繼續(xù)在氣體保護(hù)條件下自然冷卻，當(dāng)系統(tǒng)溫度低于200で時(shí)，可通入氣量較大的氮?dú)?，直至室溫?br> 4、粉碎、篩分、包裝
經(jīng)擴(kuò)散后的半成品有輕微結(jié)塊，應(yīng)放入真空或有氣體保護(hù)的球磨機(jī)中粉碎，然后用真空超聲波篩，篩網(wǎng)為300目及400目兩種，篩下物為成品，可包裝入庫，篩上物繼續(xù)轉(zhuǎn)入球磨機(jī)中。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明制造不同用途的CBN制品進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)例。實(shí)施例I :
用于自動(dòng)車床的CBN砂輪結(jié)合剤。
I、原料配方的稱量按下述重量百分比進(jìn)行
FeB23C0. 0546% (ff/ff%)
CSK-I25%
CSQ-I15%
FLMl14%
2、混料是在真空攪拌三維混料機(jī)中進(jìn)行，混料時(shí)間廣2小時(shí)；混好的料應(yīng)立即送到擴(kuò)散爐，若不立即進(jìn)爐，應(yīng)在真空周轉(zhuǎn)箱中存放。3、預(yù)合金化是在氫氣保護(hù)的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行，預(yù)合金化應(yīng)分兩個(gè)階段。第一階段為原料的凈化階段，即除去原料表面吸附的氧；第二階段為擴(kuò)散預(yù)合金階段，利用原子在高溫下擴(kuò)散的特性，制成有一定預(yù)合金特性的廣義上的合金(實(shí)際上是均勻部分合金混合物)，具體操作如下
室溫600°C3小時(shí)
600°C恒溫I小時(shí)
600^800 0CI 小時(shí)
800°C恒溫I小時(shí)
840 0CI小時(shí)
840°C恒溫2小時(shí)
溫度、時(shí)間達(dá)到指標(biāo)后停止加熱，繼續(xù)在氣體保護(hù)條件下自然冷卻，當(dāng)系統(tǒng)溫度低于200で時(shí)，可通入氣量較大的氮?dú)?，直至室溫?、粉碎、篩分、包裝
經(jīng)擴(kuò)散后的半成品有輕微結(jié)塊，應(yīng)放入真空或有氣體保護(hù)的球磨機(jī)中粉碎，然后用真空超聲波篩，篩網(wǎng)為300目及400目兩種，篩下物為成品，可包裝入庫，篩上物繼續(xù)轉(zhuǎn)入球磨機(jī)中。所得到的結(jié)合劑技術(shù)參數(shù)如下
理論密度4. 8g/m3
粒度 小于40微米 燒結(jié)溫度880°C 燒結(jié)成品硬度98 100HRB實(shí)施例2
用于CBN絎磨油石結(jié)合劑
原料配方的稱量按下述重量百分比進(jìn)行
FeB23C0. 0540% (ff/ff%)
CSK-I25%
CSQ-I5%
FLMl35%
具體制備方法參照實(shí)施例I，但最終擴(kuò)散處理溫度調(diào)整為780°C。所得到的結(jié)合劑技術(shù)參數(shù)為
理論密度3. 62g/m3粒度 小于40微米 燒結(jié)溫度820°C 燒結(jié)成品硬度9(T92HRB 實(shí)施例3
用于鋼材切割片CBN結(jié)合劑
原料配方的稱量按下述重量百分比進(jìn)行
FeB23C0. 0555% (ff/ff%)
CSK-I30%
CSQ-I10%
FLMl5%
具體制備方法參照實(shí)施例I，但最終擴(kuò)散處理溫度調(diào)整為960°C。所得到的結(jié)合劑技術(shù)參數(shù)為
理論密度5. 4g/m3
粒度 小于40微米
燒結(jié)溫度920°C
燒結(jié)成品硬度120HRB
上述各配方中元素實(shí)際含量見下表。
權(quán)利要求
1.ー種立方氮化硼制品專用含硼金屬結(jié)合劑，其特征在于所述含硼金屬結(jié)合劑的原料及重量百分比如下其中硼元素含量為2 20%，過渡金屬為5飛0%，輕金屬為2 10% ;所述渡金屬為鐵、銅、鈷、鎳合金粉末；所述輕金屬為鈣、鎂、鋁合金粉末；其中所有獨(dú)立存在原料粒度均需小于40 μ m。
2.一種用于制備權(quán)利要求I的所述立方氮化硼制品專用含硼金屬結(jié)合劑的方法，其特征在于它包括下述步驟 a、按重量百分比取原料，放入氣體保護(hù)的混料機(jī)中混合2 4小時(shí)； b、將步驟a混合物置于高溫?cái)U(kuò)散爐中處理9小吋，高溫?cái)U(kuò)散爐是在還原保護(hù)氣氛中進(jìn)行，其工作過程為 室溫600°C3小時(shí) 600°C恒溫I小時(shí) 600^800 0CI 小時(shí) 800°C恒溫I小時(shí) 800^960 0CI 小時(shí) 80(T960°C恒溫2小時(shí) 同期自然冷卻至室溫 4飛小時(shí)； C、將步驟b經(jīng)過處理的原料在氣體保護(hù)或真空球磨機(jī)中粉碎，經(jīng)-400目篩網(wǎng)的真空超聲波篩； D、將步驟c篩下物經(jīng)稱重，真空包裝為成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種立方氮化硼制品專用含硼金屬結(jié)合劑及其制備方法，其特征在于所述含硼金屬結(jié)合劑的原料及重量百分比如下其中硼元素含量為2~20%，過渡金屬為5~60%。，輕金屬為2~10%；所述渡金屬為鐵、銅、鈷、鎳合金粉末；所述輕金屬為鈣、鎂、鋁合金粉末；其中所有獨(dú)立存在原料粒度均需小于40μm。其制備方法是將這三種原料在三維混料機(jī)或高能球磨機(jī)中充分混合，然后在氣體保護(hù)高溫?cái)U(kuò)散爐中處理，然后經(jīng)粉碎過篩而得成品。用該結(jié)合劑制成的立方氮化硼CBN制品，其鋒利度比傳統(tǒng)金屬結(jié)合劑高2~3倍，其使用壽命比傳統(tǒng)金屬結(jié)合劑高3倍以上。
文檔編號(hào)C04B28/00GK102642023SQ20121009917
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月7日
發(fā)明者吳志英 申請人:河南卡斯通科技股份有限公司