烧结温度对整体PcBN材料性能的影响及作用机理

实验采用粒度为W10的cBN微粉在国产六面顶压机上进行高压烧结,通过对样品磨耗比、显微硬度的测试与分析,获得了合成整体PcBN材料较优的烧结工艺参数:烧结压力为5.4GPa,烧结温度为1500℃,烧结时间为240s,其显微硬度为HV3897、磨耗比为8750;结合SEM、TEM、EDS、XRD对整体PcBN烧结样品的微观形貌、元素分布及物相组成进行分析。结果表明,整体PcBN材料高压烧结聚结机理为cBN颗粒的高压破碎及塑性变形,是cBN-cBN直接结合和cBN颗粒表面与粘结相的冶金反应形成的cBN-M-cBN中介结合,同时得出粘结剂反应生成了固结性能良好的AlN和硬度与韧性较高的AlB_2,提高了粘结相的硬度和韧性。     

低含量PcBN复合片在高温高压下的合成

通过不同铝含量(10vol%,15vol%,20vol%,25vol% 30vol%)在Al-TiN-cBN体系下高温高压合成低含量PcBN复合片并研究其性能.通过XRD发现生成了TiB2、AlN、Al2O3三种物相,随着铝含量的增多,新生相AlN、Al2O3的含量逐渐增多.通过硬度检测和弯曲试验发现:由于AlN和Al2O3相的增多,相对降低了cBN的含量,显微硬度值也随着铝含量的增多而逐渐降低;而由于铝的催化效果,随着铝含量的增多(10vol%～20vol%),强的cBN-cBN键就逐渐增多,增强了其韧性,再增加铝的含量(25vol%～30vol%))韧性反而降低.切削试验发现,铝含量为20vol%时候,切削效果最佳.这是PcBN复合片显微硬度和抗弯强度的一种综合体现.     

硬质合金基底镀钛对PcBN复合片界面过渡层及性能的影响

采用阴极磁控溅射镀膜工艺在YG8硬质合金基底表面镀上了一层致密的钛膜,和cBN、Ti、Al微粉在超高温高压条件下烧结合成一体的PcBN复合片。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线色散能谱(EDS)研究了研究界面处的镀Ti层的扩散规律、作用机理,以及过渡层中Ti分布形式和存在物相形式对PcBN复合片性能的影响。结果表明:镀层Ti在界面与上下层发生化学反应和冶金结合,主要生成物相为TiC颗粒及TiAl、TiCo、CoAl合金,使界面结合更为紧密,同时还增强了复合片的整体力学性能。     

热压烧结制备原位复合（TiB2+TiC）/Ti3SiC2复相陶瓷

采用热压烧结法制备了原位复合(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对材料的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对材料物相组成、烧结性能、显微结构与力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1 350～1 500℃范围内,随着烧结温度的升高,合成反应进行逐渐完全,材料的密度、抗弯强度和断裂韧性显著提高。1 500℃烧结可得到致密的原位复合(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷,材料晶粒发育较完善,层片状Ti3SiC2、柱状TiB2与等轴状TiC晶粒清晰可见,增强相晶粒细小,晶界干净,材料的抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别达到741 MPa,10.12 MPa.m1/2和9.65 GPa。烧结温度达到1 550℃时Ti3SiC2开始发生分解,材料的密度和力学性能又显著下降。     

cBN-TiN-Al合成PCBN复合片及其性能研究

将立方氮化硼微粉和TiN、Al微粉按一定的质量比进行混料,在高温和超高压条件下合成聚晶立方氮化硼(PCBN)复合片,对复合片进行了物相分析、硬度测试以及表面显微结构分析,同时分析了切削淬火钢时cBN含量对PCBN刀具磨损的影响,研究了PCBN刀具切削时的磨损机理。烧结后PCBN复合层中的物相由除了cBN、TiN添加相以外,还出现了新相AlN和TiB_2,说明添加粘接剂与cBN发生反应,并且Al已完全反应,说明复合层中的cBN颗粒通过反应生成新物相,并被粘接剂固结。当cBN含量为80 wt%时,复合片的维氏硬度达到了4512 HV。PCBN后刀面的磨损成一个规则倒三角形,刀具的失效主要是粘结磨损和氧化磨损共同作用的结果。     

稀土氧化物对原位合成PcBN复合材料性能及显微结构的影响

将cBN、Al、Ti微粉添加不同稀土氧化物进行混料,采用高温(1400℃)、高压(5.5GPa)原位合成聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)研究了添加Y2O3、Gd2O3、Nd2O3对PcBN复合材料物相和显微结构的影响,测试并分析了不同稀土氧化物对该体系中各试样相对密度和力学性能的影响。结果表明:添加稀土氧化物可以提高样品的致密度和显微硬度,其中添加Gd2O3比添加Y2O3和Nd2O3更有利于促进TiB2棒晶的形成,获得综合力学性能最佳的PcBN,其显微硬度为33.21GPa、抗弯强度为885.42MPa。     

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

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TiB_2相结合,AlN的加入促进了TiB_2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。     

基于有限元法分析温度场对PcBN-WC复合片的研究

利用有限元法对六面顶压机中PcBN-WC复合片合成过程中温度场分布模型进行模拟。利用Ti、Al粉作为cBN粘结剂与WC-Co基底组装后进行高温高压烧结,制备出直径Φ35 mm的大尺寸复合片。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜等仪器,研究了不同合成功率下复合片的物相以及同一复合片不同直径分布上的粘结剂区域显微结构变化,并对复合片力学性能进行检测。研究表明:有限元法模拟复合片的温度场分布呈现边缘区域温度较中心区域低200℃左右的现象;在4400 W烧结功率下,复合片中心区域TiB_2相棒晶形貌较为均匀,综合力学性能较好,维氏硬度达到31 GPa,抗弯强度达到893 MPa。     

烧结温度对合成PCBN复合片性能的影响

将立方氮化硼微粉和Ti、AlN微粉按一定的质量比进行混料,在高温和超高压条件下合成聚晶立方氮化硼(PCBN)复合片,利用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究了烧结温度对PCBN的力学性能、显微结构以及切削性能的影响。研究表明:在超高压5.5 GPa,高温1400～1550℃之间,PCBN复合片中的物相由BN、AlN、TiN、TiB2和W组成;PCBN中的cBN颗粒通过反应生成的物相彼此连接;PCBN的力学性能和切削性能随烧结温度的升高增强。     

PcBN复合片抗弯强度的分析

通过对不同温度下烧结PcBN复合片的cBN层抗弯强度（TRS）进行检测，发现在该实验条件下TRS值随着温度的升高而递增，穿晶断裂也随着温度的升高而增多，并且PcBN层边缘比中心的穿晶断裂数量多，粗粒度的以穿晶断裂为主。这说明温度对cBN颗粒间结合强度起主要作用。