一種聚晶立方氮化硼的真空釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超硬材料工具制作領(lǐng)域，尤其涉及釬焊聚晶立方氮化硼工具的制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]立方氮化硼(cBN)是繼人工合成金剛石后出現(xiàn)的第二種利用超高壓、高溫技術(shù)獲得的超硬材料，在高溫高壓的條件下對立方氮化硼和粘結(jié)劑進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)可制成聚晶立方氮化硼(PcBN)，其力學(xué)和熱學(xué)性能受粘結(jié)劑的種類及其含量的影響，常用的粘結(jié)劑有鈷、鎳、碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等。PcBN具有優(yōu)異的力學(xué)性能和物理性能，主要包括:(I)具有很高的硬度和耐磨性；(2)具有很高的熱穩(wěn)定性和高溫硬度。cBN的耐熱性可達(dá)1400?1500°C，在800°C時(shí)的硬度與Al203/TiC陶瓷的常溫硬度接近；(3)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性；
(4)具有良好的導(dǎo)熱性;(5)具有較低的摩擦系數(shù)。cBN與不同材料的摩擦系數(shù)在0.1?0.3之間，大大低于硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)(0.4?0.6)。為制作切削刀具，常將PcBN與刀體進(jìn)行釬焊，由于聚晶立方氮化硼能夠承受高的溫度和具有良好的化學(xué)惰性，通常加工的對象為強(qiáng)韌性金屬材料，因此對聚晶立方氮化硼進(jìn)行釬焊的釬料也要有良好的高溫性能和強(qiáng)度等，但又由于cBN和粘結(jié)劑的化學(xué)惰性，普通釬料中的大多數(shù)金屬對聚晶立方氮化硼的濕性較差，很難實(shí)現(xiàn)聚晶立方氮化硼的釬焊。
[0003]高熵合金通常由五個(gè)以上的元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶體相的合金，其具有良好的綜合力學(xué)性能。高熵合金的組元較多，使金屬元素在高溫時(shí)擴(kuò)散速度較慢，通常具有良好的高溫性能，如果在高熵合金中含有一定的Ti元素，適合作為釬料用于聚晶立方氮化硼的釬焊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是利用含Ti的高熵合金制備釬料，進(jìn)一步提高聚晶立方氮化硼釬焊工具的使用溫度，由于高熵合金擁有多種組元，在高溫釬焊的保溫過程中擴(kuò)散速度較慢，通常形成單一固溶體或兩種固溶體，且高熵合金具有高強(qiáng)度、高硬度、高熔點(diǎn)及高耐磨性，采用含Ti的高熵合金釬焊聚晶立方氮化硼，其中的Ti與立方氮化硼進(jìn)行界面反應(yīng)，生成TiN、TiB2,并且，高熵合金中的N1、Co對聚晶立方氮化硼中的碳化鈦、氮化鈦均可實(shí)現(xiàn)良好的潤濕，同時(shí)Ti也可實(shí)現(xiàn)cBN、A1203良好的潤濕，從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的連接，并且高熵合金的高溫性能使刀具在加工過程中能夠承受高溫，實(shí)現(xiàn)聚晶立方氮化硼的高效加工。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案，包括以下步驟:
(I)釬料的制備:采用單質(zhì)金屬粉質(zhì)量的純度超過99.9%，按質(zhì)量百分比，取9?12%的Al粉、14?16%的Ti粉、14?16%的Cr粉、18?21%的Fe粉、18?21%的Co粉、18?21%Ni粉，在惰性氣氛中球磨混合均勻，制得粒度范圍在20-80的微米AlCoCrFeNiTi高熵合金，作為釬料。球磨的工藝參數(shù)為:采用在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料瑪瑙，金屬粉與磨球體積比例為1:6-8，轉(zhuǎn)速為260?320轉(zhuǎn)每分，球磨24?30小時(shí)即可，得到釬料； (2)清洗:聚晶立方氮化硼刀片、刀體采用超聲波清洗機(jī)清洗，并在清洗機(jī)中添加有機(jī)溶劑清洗干凈；
(3)釬料漿液制備和涂覆:將釬料與壓敏膠按質(zhì)量比1:1.2?1.5制成釬料漿液，并將釬料漿液涂在刀片、刀體的待焊表面；
(4)聚晶立方氮化硼的固定裝配:按照底層為刀體、中層為釬料漿液、上層為聚晶立方氮化硼刀片的樣式固定裝配在一起，為待焊件；
(5)真空釬焊:將固定的待焊件放入真空釬焊爐內(nèi)，控制真空釬焊爐的真空度為10—4?10 一 3Pa，先在280°C條件下保持20-40min，再升溫到500?650°C保持5?7分鐘，然后升溫到950-1050°C保溫5?7分鐘，接下來升溫到1200?1250°C并保持4?8分鐘，最后隨爐自然冷卻至100°C以下，制得釬焊立方氮化硼刀具。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明的工藝方法通過采用高熵合金作為釬料，能夠充分利用其特有的擴(kuò)散速度慢、對成分變化不敏感的特性，使釬縫獲得耐高溫、強(qiáng)度高的連接層，適應(yīng)聚晶立方氮化硼加工高韌性材料的要求。提高生產(chǎn)效率，綜合增加經(jīng)濟(jì)效益。
[0007](2)本發(fā)明使用的釬料中含有一定的Ti粉，能夠?qū)劬Я⒎降鹬械母鞣N立方氮化硼、氧化物發(fā)生界面反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)良好的潤濕，釬焊效果好，且成本低。
[0008](3 )本發(fā)明釬焊中使用的高熵合金對釬料成分變化不敏感，因此可以確保釬縫良好的強(qiáng)度，使得相應(yīng)的工藝過程得到簡化，提高了工作效率。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1
本發(fā)明采用的技術(shù)方案，包括以下步驟:
(1)釬料的制備:采用單質(zhì)金屬粉質(zhì)量的純度超過99.9%，按質(zhì)量百分比，取10%的Al粉、15%的Ti粉、15%的Cr粉、19%的Fe粉、20%的Co粉、21%的Ni粉，在惰性氣氛中球磨混合均勻，制得粒度范圍在20-80微米的AlCoCrFeNiTi高熵合金，作為釬料。球磨的工藝參數(shù):采用在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，使用Ar氣氣氛，磨球材料瑪瑙，金屬粉與磨球體積比例為1: 7，轉(zhuǎn)速為290轉(zhuǎn)每分，球磨28小時(shí)，得到釬料；
(2)清洗:聚晶立方氮化硼刀片、刀體采用超聲波清洗機(jī)清洗，并在清洗機(jī)中添加有機(jī)溶劑清洗干凈；
(3)釬料漿液制備和涂覆:將釬料與壓敏膠按質(zhì)量比1:1.3制成釬料漿液，并將釬料漿液涂在刀片、刀體的待焊表面；
(4)聚晶立方氮化硼的固定裝配:按照底層為刀體、中層為釬料漿液、上層為聚晶立方氮化硼刀片的樣式固定裝配在一起，為待焊件；
(5)真空釬焊:將固定的待焊件放入真空釬焊爐內(nèi)，控制真空釬焊爐的真空度為10—4?10一3Pa，先在280°C條件下保持30min，再升溫至lj550°C保持6分鐘，然后升溫到1000°C保溫6分鐘，接下來升溫到1250°C并保持6分鐘，最后隨爐自然冷卻至100°C以下，制得釬焊立方氮化硼刀具。
[0010]結(jié)果表明，高熵合金中的Ti元素與聚晶立方氮化硼中的A1203、立方氮化硼發(fā)生了界面反應(yīng)，高熵合金對聚晶立方氮化硼潤濕性較好，刀體與聚晶立方氮化硼實(shí)現(xiàn)了牢固連接，而在刀體與聚晶立方氮化硼釬縫中仍保持高熵合金。
[0011]實(shí)施例2
本發(fā)明采用的技術(shù)方案，包括以下步驟:
(1)釬料的制備:采用單質(zhì)金屬粉