采用M1、M2、M3、M4配方合成PcBN复合材料的硬度分别为33.46,35.80,32.45,31.64 GPa。可见,随着铝含量的增加,PcBN复合材料的硬度呈先升高后降低的趋势,当结合剂中铝质量分数为8%时,复合材料的硬度最高,为35.8 GPa。结合剂中铝含量的增加对应着TiN含量的降低,在cBN含量相同的条件下,高硬度的TiN含量成为影响复合材料硬度的关键因素。在cBN-TiN-Al体系中,铝与cBN发生化学反应生成新的物相AlN 和AlB2,这些物相虽然可提高PcBN烧结体的抗冲击性能和导热性,但其硬度比TiN的低,从而导致烧结体的整体硬度随着铝含量的增加而降低。当铝质量分数为4%时,烧结体内部结构疏松,气孔率较大,因此硬度较低。
采用M1、M2、M3、M4配方合成PcBN复合材料的磨耗比分别为4 700,7 500,7 143,5 875。随着铝含量的增加,PcBN 复合材料的磨耗比先增大后降低。当结合剂中铝质量分数为8%时,PcBN复合材料的磨耗比最大,耐磨性最好,这是由于结合剂中的铝在cBN颗粒表面发生化学反应,生成新的陶瓷结合相将cBN颗粒联结在一起,复合材料具有较好的致密性,同时此时PcBN复合材料的硬度最高,因此其耐磨性最好。
结合剂中TiN与铝在不同配比下合成的PcBN复合材料主要由BN、TiB2、TiN、AlN和Al2O3相组成,随着结合剂中铝含量的增加,AlN、TiB2 和Al2O3 的含量增加,TiN含量减少。当TiN与铝质量配比为21∶4时,复合材料内部结构疏松,随着结合剂中铝含量的升高,结构变得致密,气孔率降低。随着结合剂中铝含量的增加,PcBN复合材料的硬度呈先升高后降低的变化趋势,当TiN与铝质量配比为17∶8时,复合材料的硬度最高,为35.8 GPa;随着铝含量的增加,PcBN复合材料的磨耗比先增大后减小,当TiN 与铝质量配比为17∶8时,磨耗比最大,为7 500,耐磨性能最好;当结合剂中TiN与铝质量配比为17∶8时,PcBN复合材料的综合性能最佳。
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