共价键化合物陶瓷结合剂对干切削PcBN刀具复合材料的影响

邓华¹，潘天浩¹，张志超²，王明智²，邢英¹，李彧¹，武迪²，赵玉成²

1. 晶日金刚石工业有限公司2. 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室

摘 要：针对传统PcBN刀具材料由于结合剂的原因,存在整体热稳定性、抗磨损性偏低等问题,文章采用非化学计量比TiN_0.3、TiN_0.3+AlN及cBN表面镀钛等方法,研究了这些方法对结合剂与cBN界面结合的影响,讨论了界面形成的物相对PcBN性能的影响;文中采用SEM对样品的抛光表面和断口进行观察,利用EDS分析界面处的元素分布,利用XRD分析了样品的相组成;采用阿基米德排水法测量样品的密度,维氏硬度计测量样品的维氏硬度。利用高精密数控车床对PcBN刀具的切削性能进行了测试。结果证明:TiN_0.3与cBN复合后的界面通过中间相TiB₂相结合,AlN的加入促进了TiB₂的生成,并改善了TiN_0.3与cBN热膨胀系数的失配。cBN表面镀Ti后实现了界面成分的过渡,加入AlN后界面出现了Al元素的聚集。采用TiN_0.3作为结合剂主相,在结合相中添加其它强共价键类金属碳化物或氮化物,通过对原料成分与合成条件的控制,烧结后获得了无低熔点或低硬度相致密的PcBN烧结体。PcBN烧结体具有高硬度,高强度,优异的耐高温性和耐磨损性。通过以TiN_0.3作为结合剂主相与cBN的结合,成功制备了系列PcBN刀具材料,均被用来对淬火钢等硬质钢进行高速、高精度和高效切削,使以往主要采用磨削加工的难加工材料实现了切削加工。

关键词：PcBN;共价键化合物;陶瓷结合剂;界面扩散;干切削;