[发明专利]一种用于精加工的聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，涉及一种用于精加工的聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法。

背景技术

目前，淬火钢在现代制造业中得到了广泛应用。淬火钢具有硬度高、强度高、切削温度高、导热系数低等特点，几乎没有塑性。切削精加工时，由于淬火钢的脆性大，切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口附近，而且由于其导热系数低，切削热很难通过切屑带走，切削温度很高，容易导致刀刃崩碎和磨损现象，因此，淬火钢属于难加工材料，如果采用传统的加工方式磨削加工，效率低、成本高。随着陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具新材料的发展，淬火钢零件的传统加工方法发生了改变，“以车代磨”、“以铣代磨”的新的切削加工方式得到了越来越多的应用，用于淬火钢加工的刀具市场空间越来越大。该类刀具材料通常采用低CBN含量的聚晶立方氮化硼（PCBN），由于其CBN含量较低，此类PCBN刀具材料的制备在混料、烧结工艺等方面的技术要求远高于高含量的PCBN，生产难度较大。

立方氮化硼是一种硬度仅次于金刚石的超硬材料，其晶型与金刚石结构类似，属于稳定的立方体结构，化学稳定性好，抗氧化能力强，具有良好的红硬性，在高温下能够保持很高的力学性能和硬度，即使在1300摄氏度的高温下也不与铁族元素反应，非常适合加工黑色金属材料。聚晶立方氮化硼是采用立方氮化硼单晶微粉与结合剂混合后经高温高压烧结而成的复合材料，具有导热性好、硬度高、耐磨、热稳定性和化学惰性高、摩擦系数低等优点，在现代加工过程中应用越来越广泛。

在汽车行业中，很多轴类零件都采用淬火工艺、如凸轮轴、传动轴、齿轮轴等，在这些零件的精加工中使用PCBN刀具时，为了保证高的零件加工精度和好的表面光洁度，要求一把刀至少完成一次生产任务，不得中途停机换刀，这就要求刀具必须达到一定的质量要求。特别是随着数控加工技术的迅猛发展和数控机床的普遍应用，高效率、高稳定性、长寿命的超硬刀具日益受到重视和关注。

发明内容

本发明为解决现有市场上的聚晶立方氮化硼刀具在淬火钢精加工过程中不得中途换刀，对刀具的质量要求越来越高的技术难题，公开了一种用于精加工的聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法。

为解决上述技术难题，本发明采用以下技术方案：

一种用于精加工的聚晶立方氮化硼刀具材料，所述刀具材料是由以下重量百分比的组分制成：立方氮化硼微粉40-60%，余量为结合剂；所述立方氮化硼微粉由粒径为0-500nm的纳米粉，与粒径0.5-1µm、1-1.5µm和1-2µm中的一种或多种组成的微粉，按纳米粉和微粉的重量比（4-6）:6混合而成，并保证粒径连续；所述结合剂由重量百分比70%的α-Al₂O₃粉和重量百分比30%的氮碳化钛粉组成。

所述α-Al₂O₃粉的平均粒径0.5µm、纯度99.9%；所述氮碳化钛粉的平均粒径25nm、纯度99.9%。

用于精加工的聚晶立方氮化硼刀具材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将立方氮化硼微粉用稀盐酸酸洗4h去除其中的金属杂质，再用稀氢氧化钠溶液碱处理至中性后进行离心分离，然后依次用蒸馏水和无水乙醇分别清洗3-5次之后，放入60℃真空干燥箱中干燥12h，彻底去除其中的水分和乙醇；

（2）将步骤（1）中得到的立方氮化硼微粉与结合剂按重量百分比混合，完成聚晶立方氮化硼刀具材料的原料的准备；

（3）采用湿式球磨工艺，利用行星式球磨机将步骤（2）中得到的聚晶立方氮化硼刀具材料的原料，进行高能球磨，混合均匀；

（4）将步骤（3）中得到的聚晶立方氮化硼刀具材料的原料，放入80℃的真空干燥箱中干燥10h，彻底去除其中的分散介质；

（5）将步骤（4）干燥后的聚晶立方氮化硼刀具材料的原料，通过造粒工艺制成颗粒粉末；

（6）将步骤（5）中得到的聚晶立方氮化硼刀具材料原料的颗粒粉末，根据需要压制成不同形状的块体毛坯，然后放入石墨模具内，石墨模具两端用黏结剂粘结石墨片，封装成内合成体，然后放入300℃的干燥箱中干燥4h；

（7）将步骤（6）得到的两个内合成体装入叶腊石块中，两端再依次装入金属钛片和导电钢圈，装配成合成块，然后放入150℃的烘箱中烘烤2h备用；

（8）将步骤（7）得到的合成块利用六面顶压机，进行高温高压烧结6-10min，完成聚晶立方氮化硼刀具材料的制备。