專利名稱：涂覆的cbn的制作方法
涂覆的CBN
序言
本發(fā)明涉及涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料，用于制備這樣的材 料的方法，還涉及含有超硬研磨材料的工具，所述超硬研磨材料含涂 覆的硼或氮。特別地，本發(fā)明涉及涂覆的cBN、硼低價氧化物和/或碳 化硼超硬研磨材料以及這樣的材料在氧化環(huán)境中的用途。cBN研磨材 料包括化學計量比的cBN磨粒、非化學計量比的cBN磨粒、富氧cBN 磨粒、多晶氮化硼(PCBN)坯體、cBN復合片(compact)和cBN團塊 (agglomerate )。
背景技術(shù)：
超硬磨料例如金剛石和cBN通常用于切割、研磨、鉆孔、鋸切和 拋光用途。 一種制備用于上述用途的含有cBN的工具的方法是釬焊。 然而，在釬焊過程中，難以在cBN和釬焊材料之間獲得足夠結(jié)合，因 為在cBN表面上存在氧化硼層，該層在釬料(braze)熔化時妨礙了釬 焊材料潤濕cBN表面。這種潤濕性的缺乏典型導致cBN在釬料中的不 良附著。此外，氧化硼層不良地化學結(jié)合到cBN，這意味著氧化硼層 和cBN之間的界面結(jié)合是不良的。在工具制備工業(yè)中，這些因素都限 制了 cBN的利用(uptake)。
將涂層施加于超硬磨料以便改善孕鑲超硬磨料的金屬基質(zhì)工具的 性能。WO2005078041 (Egan等人，E6， 2005)記載了在磨粒尺寸為0. 1 jam - 10mm的cBN上具有TiN初級層和W次級層的涂層。涂層的TiN 和W的組合在如下情形中是有用的在燒結(jié)期間TiN涂層將被基質(zhì)材 料成分反應掉。例如，TiN和W組合在其中鈦基涂層將被液相反應掉 的情形中是有用的，所述液相用于將超硬磨料組分固定于另外的金屬 或陶瓷材料。然而，關(guān)于WO2005078041 (Egan等人，E6， 2005)和cBN上的其它 涂層的問題在于，需要在非氧化環(huán)境中制備工具以便防止對涂層的損 害。在氧化環(huán)境中涂層表面的氧化可影響涂層在基質(zhì)中的保持力。此 外，通過涂層提供的任何保護均可受到損害。在氧化環(huán)境中進行釬焊 時，這些現(xiàn)象都限制了由涂層提供的益處。
因此，通常在真空中利用惰性氣體和非常特殊的釬料進行釬焊， 所有這些使得釬焊過程相對困難和昂貴。因此，具有能夠在空氣中(氧 化環(huán)境)使用相對廉價的標準釬料進行釬焊的cBN產(chǎn)品將簡化釬焊過 程并降低成本。
在US5647878 (lacovangel0等人，GE ， 1997)和US5500248 (lacovangelo等人，GE， 1996)中，作者記載了在化學氣相沉積(CVD ) 金剛石鑲嵌件上通過施加雙層涂層克服了上述問題，所述涂層由WTi 結(jié)合層和保護性釬料相容外覆層例如Ag構(gòu)成。據(jù)顯示，在制備環(huán)境中， 可使用標準釬料將雙層涂覆的金剛石鑲嵌件空氣釬焊到工具基材上， 而無需真空爐或特殊氣氛。
在'878和'248中的發(fā)明均旨在于金剛石工具鑲嵌件。所述基材 主要集中于CVD金剛石，且所有的實施例使用CVD金剛石。
EP 0 716 159記栽了涂覆有WTi內(nèi)層和Ag外層的涂層或者Cr內(nèi) 層和NiCr外層的涂層的CBN復合片。評價了這些雙層涂覆的CBN復合 片的可釬焊性和附著力。
發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明的第 一方面，提供了涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料， 其選自cBN、硼低價氧化物和碳化硼，該超硬研磨材料包含
cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼超硬研磨材料基材；
碳化物/氮化物/硼化物形成金屬的初級層，這樣的金屬優(yōu)選基本 處于碳化物、氮化物或硼化物形式；
高熔點金屬的次級層，所述高熔點金屬選自W、 Mo、 Cr、 Ni、 Ta、 Au、 Pt、 Pd及其合金j和
6Ag、 Ni、 Cu、 Au、 Pd、 Pt、 Rh、 0s、 Ir、 Re、其組合和合金(例 如青銅(Cu/Sn)、銀/青銅和銀/錫)的外覆層(overcoat)，次級層 的金屬不同于外覆層的金屬。
術(shù)語"超硬"意指具有大于約25GPa的維氏硬度，優(yōu)選大于約 30GPa。
cBN是最優(yōu)選的材料，盡管期望Ti涂層形成與碳化硼中的C和所 有上述材料(TiB2)中的B的結(jié)合。
科學家的極大關(guān)注。金剛石具有70-100GPa的維氏硬度，其是已知的 最硬材料，接著是立方氮化硼(HV~60 GPa)和本文稱作B60的硼低 價氧化物(HV~ 38GPa)。對B60單晶分別在0. 49N和0. 98N載荷下確 定了 53GPa和45GPa的硬度值，這與立方氮化硼的值相近。
術(shù)語"硼低價氧化物，，包括下文所列的所有形式的材料。已知B60 還可為非化學計量比的，即作為B^-x (其中x為0-Q. 3)存在。在術(shù) 語B60中包括了這樣的非化學計量比形式。這些材料的強共價鍵和短 的原子間鍵長度有助于特殊的物理和化學性能，例如高硬度、低質(zhì)量 密度、高熱導率、高化學惰性和優(yōu)異的耐磨性[l、 2]。在Ellison-Hayashi等人的美國專利No. 5， 330， 937中報導了名義組成為B30、 B40、 B60、 B70、 B80、 B120、 B150和B180的硼低價氧化物粉末的形 成。Kurisuchiyan等人(曰本專利No. 7， 034， 063 )和Ellison - Hayashi 等人(美國專利No. 5， 456， 735 )中討論了潛在的工業(yè)應用，包括在 研砂輪、磨料和切割工具中的用途。
碳化物/氮化物/硼化物形成金屬可選自Ti、 Cr和Mo。該金屬優(yōu) 選是Ti。
涂覆的超硬研磨材料可為以下形式(i )尺寸為0. 01 iam- 20mm 的涂覆的cBN磨粒(ii )涂覆的多晶氮化硼(PCBN)坯體(iii ) cBN 復合片和(iv) cBN團塊，其允許在氧化環(huán)境中釬焊cBN工具時使用 cBN。在制備含有液相浸滲劑(例如青銅)的燒結(jié)切片(segment)時 或在通過例如釬焊的方法將cBN材料固定到另外的金屬或金屬陶資材料時，該涂覆的cBN材料消除了對真空爐的需要。
根據(jù)本發(fā)明該方面的優(yōu)選實施方案，通過溶膠-凝膠、CVD或PVD(物理氣相沉積)施加初級碳化物層或涂層?？赏ㄟ^PVD或低溫CVD或電鍍覆施加次級層例如W。優(yōu)選通過PVD、 CVD、電解鍍覆或無電鍍覆施加Ag、 Ni、 Cu、 Au、 Pd或Pt的外覆層。
根據(jù)本發(fā)明該方面的另一實施方案，可通過低溫涂覆方法例如溶膠-凝膠、PVD或低溫CVD來涂覆具有低的熱穩(wěn)定性的cBN，由此使任何強度降低最小化，而高溫涂覆方法可引起cBN基材強度降低。對于具有高的熱穩(wěn)定性的cBN，可使用熱和冷方法的組合。優(yōu)選熱方法以便在cBN和涂層之間產(chǎn)生化學結(jié)合，由此改善cBN在金屬之內(nèi)或之上的保持力。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料在研磨工具中的用途以改善其性能，該超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼。用于制備這樣的工具的方法可包括熱壓、自由燒結(jié)、浸滲燒結(jié)和特別是釬焊。
在本發(fā)明該方面的優(yōu)選實施方案中，涂覆的PCBN坯體可用于研磨工具以改善性能。該涂層允許通過在氧化環(huán)境中將坯體釬焊到工具上而使PCBN坯體接合至工具。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了通過向涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料的表面上直接施加非氧化保護涂層而制備的可空氣釬焊的制品，因此簡化涂覆過程，并降低涂覆成本，所述超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼。
根據(jù)本發(fā)明的該方面，能夠通過向cBN的Ti、 TiC、 TiN、 TiB、TiBN或TiCN初級表面上施加非氧化保護涂層來制備可空氣釬焊的制品，因此相對于直接將非氧化保護涂層施加于cBN表面改善了保護涂層對cBN顆粒的附著。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了制備涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料的方法，所述超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼，該方法包括步驟提供cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼基材；
用碳化物/氮化物/硼化物形成金屬的初級層來涂覆基材，所述金屬基本處于碳化物、氮化物或硼化物形式；
用高熔點金屬的次級層涂覆初級層，所述高熔點金屬選自W、 Mo、Cr、 Ni、 Ta、 Au、 Pt、 Pd及其合金；和
用Ag、 Ni、 Cu、 Au、 Pd、 Pt、 Rh、 0s、 Ir、 Re、其組合/合金或其合金的外覆層來涂覆次級層，次級層的金屬不同于外覆層的金屬。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，通過CVD或PVD施加初級涂層(層)，通過PVD或CVD施加次級涂層例如W，因而消除了對涂覆后的熱處理的需要?？赏ㄟ^PVD或電解沉積或無電沉積施加外覆層。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了包括根據(jù)本發(fā)明的涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料的含磨料工具，所述超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼。
根據(jù)本發(fā)明該方面的優(yōu)選實施方案，含磨料的工具選自用于鋸條的切片、鋸條本身、鉆機、用于金剛石線的串珠(bead)、帶鋸條、弓形鋸、取芯鉆頭、線繩串珠(wire bead)、螺旋鉆頭、耐磨零件、砂輪、磨頭(grinding Up)、旋轉(zhuǎn)式修整器、用于單頭(log)或多頭旋轉(zhuǎn)式修整器的修整器頭、輪廓修整器、直式和異型刳刨工具、磨杯、單刃工具、校準軋輥、拉絲模、單刃車刀、量具(gauge)材料、硬面堆焊體、平面磨床、或含有涂覆的超硬磨料的任何燒結(jié)切片。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了根據(jù)本發(fā)明的涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料在氧化釬焊過程、在非氧化環(huán)境(包括在真空下)和/或在還原環(huán)境中的用途，該超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼。
在本說明書中，可交換地使用術(shù)語層和涂層。優(yōu)選實施方案
根據(jù)本發(fā)明提供了涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料，所述超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼(磨粒)，其尺寸優(yōu)選為0. 01 jum-20mm(起始磨粒，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在起始磨粒和
9成品磨粒之間存在可忽略的差別)，這允許在氧化環(huán)境中制備工具時
使用該磨粒。該涂覆的材料優(yōu)選由cBN磨?；?、TiC初級層、W次級層以及Ag的外覆層構(gòu)成。
WO2005078041 (Egan等人，E6,2005)記載了在尺寸為0. lpm- 10mm的cBN磨粒上的具有TiN初級層和W次級層的涂層。本發(fā)明的產(chǎn)品優(yōu)選包括在W02005078041 (Egan等人，E6, 2005)中記載的雙層產(chǎn)品上的Ag、 Ni、 Cu、 Au、 Pd、 Pt或其合金的外部抗氧化外覆層。保護性外覆層防止W的氧化，且該保護外覆層優(yōu)選為Ag。盡管可直接將保護性外覆層施加于cBN表面或者施加于Ti、 TiN、 TiB、 TiBN或TiCN層，但優(yōu)選具有Ti、 TiN、 TiB、 TiBN或TiCN初級層以及W次級層，以便提供與W02005078041 (Egan等人，E6， 2005)所述的相同益處。具體地，涂層的TiN和W的組合在如下情形中是有用的在燒結(jié)期間TiN涂層將被基質(zhì)材料成分反應掉。關(guān)于此的例子是使用液體浸滲劑例如青銅。此外，TiN和W的組合在其中鈦基涂層將被釬料反應掉的情形中是有用的，所述釬料用于將超硬磨料組分固定于另外的金屬或陶瓷材料。
鴒層并不具有碳化物內(nèi)部，其不是必要的，因為外層的目的主要是作為用于保護內(nèi)層和基材的阻擋層，且通過保持鎢涂層相對為薄可獲得足夠的層間結(jié)合。鴒涂層具有約0. OljLim到約50jum的厚度，特別是約0. 2lam到約l)am。
在如下情形中TiN和W的組合是特別有用的在制備孕鑲cBN的工具中(在該工具中大量青銅或銅限制TiN涂層的有效性)，在制備釬焊cBN層的工具中，以及在制備含cBN的金屬基質(zhì)復合材料中。
在雙層涂覆TiN加W的產(chǎn)品上的附加抗氧化外覆層(例如Ag)允許所有上述優(yōu)點，以及允許在空氣中制備任何這樣的工具的附加益處，由此便利了可制備性且降低了成本。
所述cBN磨粒顆粒是常規(guī)用于制備金屬結(jié)合的工具中的那些。它們通常具有均勻的尺寸，典型為0. 01 iam到20mm。這樣的cBN磨粒顆粒的例子包括0. 01-60孩走米的孩i米磨粒、40jLim(微米)到200 ^im的輪用磨粒、18Qiam到2mm的鋸用磨粒、長度或直徑為至多20mm的較大晶體。
可以通過熱涂覆方法例如CVD或者通過低溫涂覆方法例如PVD或j氐溫CVD施加Ti、 TiC、 TiN、 TiB、 TiBN或TiCN初級層。
在熱涂覆方法中，在適于發(fā)生這樣的結(jié)合的適當熱條件下將金屬基涂層施加于cBN基材上。通常，用于熱方法的范圍將是650。C - 1300'C?？墒褂玫牡湫蜔嵬扛布夹g(shù)包括涉及從金屬卣化物氣相進行沉積的方法，CVD方法或熱擴散真空涂覆或金屬蒸氣沉積方法。優(yōu)選從金屬卣化物氣相進行沉積和CVD方法。
在涉及從金屬閨化物氣相沉積的方法中，在合適的氣體環(huán)境中(例如，含有如下一種或多種的非氧化環(huán)境選自氦氣和氬氣的惰性氣體，氫氣，烴，分解氨或任何組合，例如氬氣/氫氣混合物，其為正壓、大氣壓或減壓例如10—1-10—7毫巴)將待涂覆的顆粒暴露于含有待涂覆金屬(例如Ti)的金屬卣化物例如氯化鈦、碘化鈦和硼化鈦。作為該方法的一部分，可從金屬產(chǎn)生金屬卣化物。
使該混合物經(jīng)受熱循環(huán)，例如650'C - 1300'C持續(xù)5分鐘到10小時，1-10次循環(huán)，在此期間，金屬卣化物將Ti傳遞到顆粒表面，在該表面上釋放之并使之化學結(jié)合至顆粒。
還可使用冷涂覆技術(shù)例如低溫CVD方法或PVD (優(yōu)選后者)沉積初級層。二者均是低溫方法，因為產(chǎn)生的熱量不足以引起與cBN形成大量氮化物。用于施加外涂層的PVD方法的例子是濺射涂覆。在Ti涂層的情形中，通過激發(fā)源例如磁控管產(chǎn)生金屬蒸氣流。位于該流中的制品例如cBN磨?；騊CBN坯體被Ti金屬涂覆。在TiC、 TiN或TiCN的情形中，可通過反應濺射沉積這些涂層。通過引入含碳或氮的氣體進行反應濺射，所述氣體與金屬流反應從而形成碳化物或氮化物。碳可以來源于氣體例如甲烷或丁垸，而氮可來源自N2。還可理解，可通過同時引入兩種氣體制備TiCN。反應濺射還可以通過系統(tǒng)地增加在PVD反應腔室中的反應氣體的量用于使涂層從例如Ti漸變到TiN。
優(yōu)選低溫涂覆方法，但并不限于其中cBN基材具有低的熱穩(wěn)定性的情形。低溫涂覆方法將使任何強度降低最小化，而高溫涂覆方法可能引起cBN基材強度降低。在cBN具有高的熱穩(wěn)定性的情形中，可利用熱方法和冷方法的組合。優(yōu)選熱方法以便與基材產(chǎn)生化學結(jié)合，因此改善磨粒在基質(zhì)中的保持力，從而產(chǎn)生改善的性能。
使用冷涂覆技術(shù)例如低溫CVD或PVD (優(yōu)選后者)沉積鎢的次級層。用于施加次級涂層的PVD方法的例子是濺射涂覆。在此方法中，通過激發(fā)源例如磁控管產(chǎn)生鴒金屬蒸氣流。位于該流中的制品例如超硬磨料的磨?；虿考圾o金屬涂覆。還可以通過低溫CVD方法例如氫還原六氟化鎢氣體來施加鎢次級層。通常，這在〈700。C下進行，但還可以在高至1300。C的溫度下進行。
可通過冷技術(shù)例如PVD或通過電解鍍覆或無電鍍覆來施加抗氧化保護涂層的外覆層，優(yōu)選Ag。用于施加該外涂層的PVD方法的例子是濺射涂覆。在此方法中，通過激發(fā)源例如磁控管產(chǎn)生4艮金屬蒸氣流。位于該流中的制品例如超硬磨料的磨粒或部件被銀金屬涂覆。
還可通過電解鍍覆施加Ag外覆層。在此方法中，將一定量的磨粒置于鍍覆筒體中，該筒體由AgCN、 KCN、游離KCN以及增亮劑例如Silversene-L (RTM)組成。還使用容納在聚丙烯袋中的銀電極，該銀電極的形式為矩形銀片(銀純度為99. 9%)。以1-30rpm,優(yōu)選3-10rpm旋轉(zhuǎn)筒體，且施加O. l-10安培、優(yōu)選0. 6-1. 5安培電流以便用Ag涂覆磨料顆粒的表面。該方法的持續(xù)期和溫度為1分鐘到3星期和1'C- 100。C。
還可通過無電鍍覆施加銀外覆層。無電鍍覆的例子是依照ZA8203067[GE， Ruark & Webster, 1983]和US4403001[GE， Grenier，1983]中記栽的改進型式，通過引用將這兩篇文獻并入本文。可通過如下方式使該方法適合于用銀涂覆cBN:在氨銀溶液中懸浮cBN磨粒，優(yōu)選對其進行物理攪拌，隨后在維持攪拌和金剛石在銀溶液中懸浮的同時緩慢向氨銀溶液添加還原溶液例如轉(zhuǎn)換糖(食用糖與硝酸的混合物)。以計量的速率添加還原溶液直到銀涂覆到單獨磨粒上，且重復這樣的過程直到獲得所需的涂層重量(或厚度)。上述方法還可用于涂覆PCBN坯體。隨著顆粒直徑降低，PVD的鍍覆成本顯著提高。因此，從成本角 度看，隨著顆粒直徑降低，優(yōu)選的方法是通過無電沉積、電解沉積或 無電/電解沉積的組合來施加《艮涂層。
這樣，初級層的優(yōu)選厚度范圍是0. 01 inin到5(Um，優(yōu)選0. 3-1. 2
ju m。
次級層的優(yōu)選厚度范圍是0. 01 u m - 50 ji m，優(yōu)選0. 3-3 ja m。 外覆層(例如Ag)的優(yōu)選厚度范圍是0. Oljum-50lim，優(yōu)選0. 3-3
ju m。
基材的優(yōu)選尺寸范圍是 對于磨粒0. 01 iam- 10mm;
對于PCBN:直徑0. 5mm- 1000mm，或長度0. 5mm - 1000mm。
優(yōu)選地，次級層并不化學結(jié)合到初級層，然而應理解在工具制備 期間可能發(fā)生一些結(jié)合。
優(yōu)選地，外覆層例如Ag并不化學結(jié)合到次級層，然而應理解在工 具制備期間可能發(fā)生一些結(jié)合。
在涂覆的每一情形中，優(yōu)選覆蓋整個基材，但總是有這樣的可能 性涂層中可能存在一些間隙。
根據(jù)本發(fā)明制備的涂覆的cBN研磨材料(磨粒)主要旨在用于單 層工具，或作為電鍍的替代方案。
然而，為了突出該涂層的多種潛力，下文提供了潛在用途的非窮 舉性羅列
鋸條、帶鋸條、弓形鋸、取芯鉆頭、線繩串珠、螺旋鉆頭、耐磨零件、 砂輪、磨頭、旋轉(zhuǎn)式修整器、用于單頭或多頭旋轉(zhuǎn)式修整器的修整器 頭、輪廓修整器、直式和異型刳刨工具、磨杯、單刃工具、校準軋輥、 拉絲模、單刃車刀、量具材料、硬面堆焊體、平面磨床或者含有涂覆 超硬磨料的任何燒結(jié)/釬焊切片、混凝土、或石質(zhì)地板的研磨或拋光。 此外，由于可將涂層施加于化學計量比cBN磨粒、非化學計量比 的cBN磨粒、富氧cBN磨粒、多晶氮化硼(PCBN)坯體、cBN復合片 和cBN團塊。該涂層還可用于這些應用領(lǐng)域。本發(fā)明涂層的優(yōu)點之一是其允許通過空氣釬焊來制備工具，特別 是通過在非惰性氣氛中釬焊超硬磨料制備單層工具。這為制備這樣的 工具的新方法開辟了大量機會。用于將涂覆的超硬磨料制品釬焊到工
具基材的技術(shù)包括感應加熱、標準釬焊、噴燈以及使用乙炔焰加熱。
根據(jù)本發(fā)明的涂覆的研磨材料還可在其它工具制備技術(shù)例如熱 壓、自由燒結(jié)和浸滲燒結(jié)中提供一些益處。例如，由于該涂層構(gòu)建在 例如IE S20(H/0024中記載的現(xiàn)有技術(shù)上，因此，當用于通過浸滲燒 結(jié)(其中通常存在液相)制備工具切片時，該涂層可提供優(yōu)點例如改 善的潤濕、提高的保持力和/或改善的保護。
工具制備技術(shù)的其它例子包括但不限于放電燒結(jié)(EDS)、場輔助 燒結(jié)技術(shù)(FAST)和激光燒結(jié)。此外，該涂層開辟了一種與目前用于 制備現(xiàn)有工具和新工具的技術(shù)不同的工具制備技術(shù)，其可對工具制造 商具有經(jīng)濟益處。
當將超硬磨料坯體例如PCD、 CVD金剛石及PCBN連接到基材時， 根據(jù)本發(fā)明的涂層可潛在地提供優(yōu)點。
現(xiàn)在將參考以下非限定性實施例描述本發(fā)明。
實施例1
在元件6 ABN800 50/60 US Mesh磨粒上制備了三種涂覆產(chǎn)品(1 ) 通過PVD施加的0.5|nm Ti涂層，(2)通過CVD施加的0. 5 ja m TiN 涂層和(3)由通過CVD得到的TiN初級層和通過PVD得到的W次級層 組成的涂層(0. 4juffl)。
涂覆的cBN磨粒與釬料膏混和并置于碳化鎢試樣上。然后，使用 感應線圏加熱涂覆的cBN磨粒、釬料和試樣直到可見釬料膏熔化且在 釬料膏中的所有有機物/溶劑被燒去(burn off )。冷卻后，對釬焊試 樣進行檢測。在所有情形中可見，釬焊膏并未潤濕涂層表面。因此， (1)、 (2)或(3)不能在空氣中釬焊，因為涂層表面氧化且因此抑 制了釬焊材料的潤濕?？深A料上述原因?qū)е耤BN磨粒在釬料中的不良 保持力。實施例2
使用實施例1的樣品(3 )，通過PVD施加銀層(0. 5 |a m厚)以 便制備樣品(4)號。按實施例1中所概述地進行釬焊。在(4)的情形 中，涂覆的cBN被釬料潤濕。因此，將預料到樣品(4)具有相對良好 的cBN在釬料中的保持力。
實施例3
在元件6 ABN800 50/60 US Mesh磨粒上施加了以下涂層通過反 應賊射沉積的從Ti漸變到TiC的初級層(O. 5um厚)，通過低溫CVD 使用六氟化鴒的氫還原沉積的W次級層，和通過電解鍍覆使用氰化銀 沉積的Ag保護外覆層。如實施例1所概述地進行該涂覆產(chǎn)品的釬焊。 涂覆的cBN被釬料潤濕。因此，將預料到該樣品具有相對良好的cBN
在釬料中的保持力。 實施例4
在PCBN坯體上施加了以下涂層通過低溫CVD得到的TiN初級層 (0.4 jam)，通過PVD得到的W次級層(0.4|am)以及通過PVD得到 的Ag保護外覆層(0. 5jum)。
在上述涂覆的PCBN坯體以及未涂覆的坯體上進行潤濕性測試。將 釬料膏置于這兩個坯體上，然后將其用感應線圈加熱直到可見釬料膏 熔化且所有的有機物/溶劑被燒去。冷卻后，對釬焊試樣進行檢測?？?見，在未涂覆的PCBN坯體的情形中，釬焊材料并未潤濕坯體表面。然 而，在涂覆的坯體的情形中，觀測到了釬料在涂層上的潤濕。
實施例5
根據(jù)實施例4涂覆PCBN坯體。在碳化鎢基材的頂部，施加了釬料 膏層。然后將涂覆坯體以涂覆側(cè)向下置于碳化鎢坯體頂部。然后用感 應線圏加熱該組件直到可見釬料膏熔化且所有的有機物/溶劑被燒去。 冷卻后，觀測到PCBN坯體成功地釬焊到碳化鎢基材上。
權(quán)利要求
1.涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料，該含硼或氮的超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和碳化硼，該涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料包含·cBN、硼低價氧化物或碳化硼超硬研磨材料基材；·碳化物/氮化物/硼化物形成金屬的初級層；·高熔點金屬的次級層，所述高熔點金屬選自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd及其合金；和·Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、其組合和合金的外覆層，次級層的金屬不同于外覆層的金屬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的涂覆的材料，其中所述超硬材料具有大于約 25GPa的維氏石更度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的涂覆的材料，其中所述超硬材料是cBN。
4. 根據(jù)任一在前權(quán)利要求的涂覆的材料，其中碳化物/氮化物/硼 化物形成金屬選自Ti、 Cr和Mo。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的涂覆的材料，其中所述金屬是Ti。
6. 根據(jù)任一在前權(quán)利要求的涂覆的材料，其中初級層的金屬基本 為碳化物、氮化物或硼化物的形式。
7. 根據(jù)任一在前權(quán)利要求的涂覆的材料，其中次級層的金屬是鴒 且外覆層是銀。
8. 根據(jù)任一在前權(quán)利要求的涂覆的材料，其中涂覆的超硬研磨材料是以下形式*尺寸為0. 01 nm- 20mm的涂覆的cBN磨粒； '涂覆的多晶氮化硼(PCBN)坯體； 'cBN復合片；和/或 cBN團塊。
9. 根據(jù)任一在前權(quán)利要求的涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料的用 途，其用于研磨工具中以便改善性能，所述超硬研磨材料選自cBN、 硼低價氧化物和/或碳化硼。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的用途，其中涂覆的研磨材料是涂覆的PCBN 坯體。
11. 可空氣釬焊的制品，其通過將非氧化保護涂層直接施加于所述 涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料表面上而制成，所述超硬研磨材料選 自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼。
12. 制備涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料的方法，所述含硼或氮的 超硬研磨材料選自cBN、硼低價氧化物和/或碳化硼，該方法包括步驟 '提供cBN、 ^低價氧化物或碳化硼基材；*用碳化物/氮化物/硼化物形成金屬的初級層來涂覆基材；-用高熔點金屬的次級層來涂覆初級層，所述高熔點金屬選自W、Mo、 Cr、 Ni、 Ta、 Au、 Pt、 Pd和其合金；及*用Ag、 Ni、 Cu、 Au、 Pd、 Pt、 Rh、 0s、 Ir、 Re、它們的組合或合金的外覆層來涂覆該次級層，次級層的金屬不同于外覆層的金屬。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中通過CVD或PVD施加初級層， 且通過PVD或CVD施加次級涂層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中通過PVD或電解沉積或無 電沉積施加外覆層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項的方法，其中所述初級層的金屬 基本為碳化物、氣化物或硼化物的形式。
16. 含有磨料的工具，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的涂覆的 含硼或氮的超硬研磨材料，所述含硼或氮的超硬研磨材料選自cBN、 硼低價氧化物和/或碳化硼。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的含有磨料的工具，其中該工具選自用于 鋸條的切片、鋸條本身、鉆機、用于金剛石線的串珠、帶鋸條、弓形 鋸、取芯鉆頭、線繩串珠、螺旋鉆頭、耐磨零件、砂輪、磨頭、旋轉(zhuǎn) 式修整器、用于單頭或多頭旋轉(zhuǎn)式修整器的修整器頭、輪廓修整器、 直式和異型刳刨工具、磨杯、單刃工具、校準軋輥、拉絲模、單刃車 刀、量具材料、硬面堆焊體、平面磨床、或含有涂覆的超硬磨料的任 何燒結(jié)切片。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的涂覆的含硼或氮的超硬研磨材 料的用途，其用于氧化釬焊方法中，用于非氧化環(huán)境中包括在真空下 和/或在還原環(huán)境中，所述含硼或氮的超硬研磨材料選自cBN、硼低價 氧化物和/或碳化硼。
全文摘要
本發(fā)明涉及涂覆的含硼或氮的超硬研磨材料，其選自cBN、硼低價氧化物和碳化硼，該含硼或氮的超硬研磨材料包含cBN、硼低價氧化物或碳化硼超硬研磨材料基材；碳化物/氮化物/硼化物形成金屬的初級層，這樣的金屬優(yōu)選為Ti且基本為碳化物、氮化物或硼化物的形式；高熔點金屬的次級層，所述高熔點金屬選自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd及其合金；及Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、它們的組合和合金例如青銅(Cu/Sn)、銀/青銅和銀/錫的外覆層，次級層的金屬不同于外覆層的金屬。本發(fā)明還涉及制備這樣的材料的方法，這樣的材料在工具中的用途以及包括這樣的材料的工具。
文檔編號C09K3/14GK101679837SQ200880016934
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者D·P·伊根, K·格里尼 申請人:六號元素有限公司