Cvi粘結(jié)和涂布pcbn至wc刀體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請要求于2013年2月28日提交的名稱為“CVI粘結(jié)和涂布PCBN至WC刀體”的美國臨時專利申請61/770419的優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于金屬機(jī)加工的切削刀具，所述切削刀具包括:至少一個含有多晶立方氮化硼(PCBN)的刀體，其具有或沒有硬質(zhì)合金襯底(backing);和在所述刀體表面上的硬的和耐磨的耐火涂層，更加具體地，涉及使用化學(xué)氣相滲透(CVI)或化學(xué)氣相沉積(CVD)利用多孔或細(xì)顆粒介質(zhì)填充PCBN刀尖(tool tip)和WC刀體(tool body)之間的縫隙的方法。
[0003]多晶立方氮化硼(PCBN)，多晶金剛石和多晶金剛石復(fù)合材料通常用于提供切削刀具的超硬切削刃如在金屬機(jī)加工中使用的那些。
[0004]具有由超硬磨料如立方氮化硼(CBN)基材料形成的切削刃的切削刀具通過粉末冶金技術(shù)制造且主要用于鑄鐵和硬化鋼的機(jī)加工。幾種類型的CBN切削刀具是已知的，多數(shù)由釬焊到硬質(zhì)合金刀片上的PCBN刀尖構(gòu)成。其它使PCBN直接燒結(jié)至足夠厚度的硬質(zhì)合金襯底以制造刀片，而還有其它由沒有任何硬質(zhì)合金襯底的含PCBN的刀體構(gòu)成。
[0005]使燒結(jié)的PCBN刀體經(jīng)受超過1000°C的溫度可能會導(dǎo)致材料中的不希望的結(jié)構(gòu)變化。此外，在釬焊的刀片的情況下，將會破壞釬焊接頭。
[0006]因此，可以看出，對于在PcBN刀尖和刀體(WC/Co)之間具有高溫粘結(jié)的切削刀具存在需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個實施方式中，切削刀具可包括具有多種超硬粒子的燒結(jié)的超硬磨料尖(superabrasive tip);保持所述超硬磨料尖的刀體；和填充所述超硬磨料尖和所述刀體之間的縫隙的非釬焊材料。
[0008]在另一個實施方式中，方法可包括如下步驟:提供燒結(jié)的超硬磨料尖；提供刀體；用非釬焊材料填充所述超硬磨料尖和所述刀體之間的縫隙；和將第一涂層沉積到非釬焊材料，其中所述第一涂層是將尖、刀體和非釬焊材料彼此粘結(jié)的浸滲劑涂層。
[0009]在又一個實施方式中，刀具可包括具有多種超硬粒子的燒結(jié)的超硬磨料尖；保持所述超硬磨料尖的刀體；所述超硬磨料尖和所述刀體之間的浸滲劑粘結(jié)涂層；和附著至所述燒結(jié)的超硬磨料尖和所述刀體的高溫涂層。
【附圖說明】
[0010]當(dāng)結(jié)合附圖解讀時，將會更好地理解前述的概要和以下【具體實施方式】。應(yīng)理解描述的實施方式不限于示出的精確布置和工具。
[0011]圖1是根據(jù)示例性實施方式的貼附于刀體的超硬磨料尖的透視圖；
[0012]圖2是根據(jù)另一個示例性實施方式的貼附于刀體的超硬磨料尖的橫截面圖的光學(xué)圖像；
[0013]圖3是如在圖2中所示的貼附于刀體的超硬磨料尖的橫截面圖的部分放大的光學(xué)圖像；和
[0014]圖4是示出制造根據(jù)示例性實施方式的貼附于刀體的超硬磨料尖的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]如本文中使用的術(shù)語“尖”是指用于磨削或切削工件的主體，其通過包括混合超硬磨料粒子和粘結(jié)劑的步驟的制造工藝來制作。
[0016]如本文中使用的術(shù)語“刀體”是指這樣的剛體，其將尖牢固地保持在適當(dāng)位置使得其可以用于車削、銑削、鉆孔、切削或鉆削應(yīng)用。
[0017]在一個示例性實施方式中，尖可由貼附于合適刀體如硬質(zhì)合金硬金屬的超硬磨料粒子制成。該示例性實施方式使用化學(xué)氣相滲透(CVI)或化學(xué)氣相沉積(CVD)利用多孔或細(xì)顆粒介質(zhì)來填充超硬磨料尖和刀體之間的縫隙。通過CVI或CVD的沉積可以將多孔或細(xì)顆粒介質(zhì)彼此粘結(jié)且粘結(jié)至尖和刀體?？梢宰鳛橄嗤に嚨囊徊糠蛛S后涂布耐高溫涂層或一系列多層涂層如Al2O3,以提供增強(qiáng)的耐磨性。
[0018]更具體地，使用的多孔或細(xì)顆粒介質(zhì)可以幸存于CVI或CVD工藝。或者，細(xì)顆粒如金剛石或立方氮化硼會被工藝消耗。可以沉積耐高溫涂層或一系列多層涂層以在機(jī)加工期間向切削刀具提供額外的耐磨性，這對于已經(jīng)形成的粘結(jié)強(qiáng)度沒有影響(不同于金屬的釬焊)。
[0019]如在圖1中所示，切削刀具10包括燒結(jié)的超硬磨料尖12和含有孔19的刀體14。刀體14可以由包括鎢鈷硬質(zhì)合金的許多材料制成。刀體14可以設(shè)計成保持超硬磨料尖12。燒結(jié)的超硬磨料尖12可以具有多種超硬粒子，所述超硬粒子可以選自立方氮化硼、金剛石、金剛石復(fù)合物和陶瓷材料。在超硬磨料尖和刀體之間可以存在接縫或縫隙例如底部縫隙15和側(cè)壁縫隙16。超硬磨料尖12可以具有或不具有襯底支撐物。襯底支撐物可以是硬金屬支撐物如碳化鎢支撐物。
[0020]如在圖2中所示，刀具10可以包括具有碳化鎢支撐物20的超硬磨料尖12。超硬磨料尖12可以具有多晶立方氮化硼(PcBN)粒子。切削刀具10可還包括保持超硬磨料尖12的刀體14?？梢猿练e可具有至少1000°C的熔點(diǎn)的非釬焊材料24以填充側(cè)壁縫隙16和底部縫隙15。非釬焊材料24可以是例如沸石、陶瓷、立方氮化硼和金剛石中的至少一種。切削刀具10可還包含涂層，例如在超硬磨料尖24和刀體之間的非釬焊材料24上的浸滲劑粘結(jié)涂層22。浸滲劑粘結(jié)涂層22可以覆蓋燒結(jié)的超硬磨料尖12、襯底支撐20和刀體14。浸滲劑粘結(jié)涂層可以包含含有C、N、0、B的IVB族化合物的至少一種，例如TiN、TiC和TiCN、ZrN、ZrC、ZrCN、HfN、HfC、HfCN。
[0021]圖3中顯示的放大光學(xué)圖像示出，涂層22如TiN可能會覆蓋全部立方氮化硼晶體24。涂層22可還提供非釬焊材料如cBN、金剛石或沸石，超硬磨料尖20和刀體14之間的粘結(jié)。
[0022]由于非釬焊材料具有至少100tC的熔點(diǎn)，所以可將耐高溫涂層如A1203 (未顯示)沉積或涂布到燒結(jié)的超硬磨料尖12、刀體14和布置在超硬磨料尖12和刀體24之間的非釬焊材料。
[0023]圖4顯示了制造切削刀具的工藝的示例性方法400。所述工藝包括如下步驟:在步驟401中提供超硬磨料尖；在步驟402中提供刀體；在步驟403中用非釬焊材料填充超硬磨料尖和刀體之間的縫隙；在步驟404中將第一涂層沉積到非釬焊材料。
[0024]通過一些方法可將燒結(jié)的超硬磨料尖附著至刀體。然后可以將切削刀具放置在CVD(化學(xué)氣相沉積)反應(yīng)容器中，其中去除空氣且由包含惰性和反應(yīng)性物種的氣體代替。金屬沉積可以采用包含羰基金屬或金屬縮醛丙酮酸鹽如五羰基鐵的氣體。陶瓷沉積前體可指含N、C和O的化合物，其在低于1000°C的溫度下裂解。在一些示例性實施方式中，陶瓷沉積前體可包括例如 TiCl4、NH3, CH4