[發明專利]多功能梯度復合陶瓷刀具材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910020652.0
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101525235A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 楊發展;趙軍;宋清華;艾興
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明屬機械制造領域，特別涉及多功能梯度復合陶瓷刀具材料的制備方法。

背景技術

在目前的刀具材料中，新型納米復合刀具材料，特別是陶瓷基納米復合刀具材料由于具有較高的硬度、耐磨性、耐高溫性和較好的化學穩定性等獨特性能，在高速切削加工領域得到廣泛應用。專利號為89108322.7的中國專利，公開了一種ZrO₂增強Al₂O₃基復合陶瓷材料，該材料具有良好的化學穩定性。另外，由于Al₂O₃在鐵中的溶解度只有WC在鐵中溶解度的1/5，在加工中不易與鐵基工件材料發生粘結擴散，因此，在加工鑄鐵類工件材料方面具有較強優勢。但是，Al₂O₃基陶瓷的強度、斷裂韌度、導熱系數和抗熱震性較低的缺點限制了其應用范圍，在切削加工時容易發生破損，致使刀具壽命大幅降低。如鄧建新(Deng?Jianxin，Liu?Lili，Liu?Jianhua，etal.Failure?mechanisms?of?TiB₂particle?and?SiC?whisker?reinforced?Al₂O₃?ceramic?cutting?tools?when?machining?nickel-basedalloys.International?Journal?of?Machine?Tools?and?Manufacture，45(2005)：1393-1401)等人開發的TiB₂和SiC增強Al₂O₃基陶瓷刀具材料，在加工鎳基合金時，由于強度和斷裂韌性較低，壽命較短。另外，陶瓷基刀具材料的導電性較差，在焊接刀具的加工中存在嚴重缺陷，其應用范圍受到限制。專利號為02139711.2的中國專利，公開了一種WC基(WC-Co)硬質合金，該材料具有較好的可加工性、較高的強度和斷裂韌性，以及較高的導熱率而被廣泛應用，但是由于粘結劑金屬Co的軟化點溫度較低，導致刀具材料在高速切削中出現過早軟化現象。同時，Co的化學活性較高，在高溫下極易與其它元素發生反應，導致刀具出現嚴重擴散。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有刀具材料的不足，將硬質合金刀具和WC基納米復合刀具材料的優勢結合起來，提供一種具有高硬度、高強度、高韌性和具有良好高溫穩定性的多功能梯度復合陶瓷刀具材料的制備方法。

本發明是通過以下方式實現的：

多功能梯度復合陶瓷刀具材料的制備方法，其特征包括以下步驟：

(1)納米復合粉體的分散：首先以分子量為3000～5000的聚乙二醇為分散劑，以去離子水為分散介質，配制聚乙二醇質量分數為0.1～0.4％的水溶液；將粒度為2微米的VC粉末加入到配制的溶液中，配成0.1～0.4％wt％的懸浮液，超聲攪拌分散；按照同樣的方法，將粒度為1微米的TaC放入該溶液，配成含TaC質量分數為0.15wt％的懸浮液，超聲并機械攪拌分散；將懸浮液的PH值調整為8.5～9.5，使懸浮液呈堿性，將納米ZrO₂和納米Al₂O₃粉末放入配制好的懸浮液中超聲攪拌分散；分散攪拌中將混合液的溫度加熱至100℃。

(2)配方及混料：按質量百分比為5～20wt％納米ZrO₂、1～8％wt納米Al₂O₃、72～94wt％微米WC、0.2～5wt％微米VC和0.1～0.3wt％微米TaC配料，將微米WC和納米ZrO₂及Al₂O₃與步驟(1)配制好的VC和TaC懸浮液進行混合，在混料桶中球磨60～72小時，再經過真空干燥、過篩，得到分散良好的納米復合粉料WC+ZrO₂+Al₂O₃(WZA)；按質量百分比為90～94wt％微米WC和6～8wt％微米Mo進行配料，將其與步驟(1)配制好的VC和TaC懸浮液進行混合，在混料桶中高速球磨48～72小時，再經過真空干燥、過篩，得到分散良好的硬質合金粉料WC+Mo(WM)。