[發明專利]納米固體潤滑劑與納米陶瓷顆粒復合改性的刀具材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310017384.3
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103058667A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 許崇海;衣明東;肖光春;馮益華;陳照強;方斌;魏高峰
• 申請（專利權）人: 山東輕工業學院
• 主分類號: C04B35/63
• 分類號: C04B35/63;C04B35/10;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明涉及陶瓷刀具材料技術領域，尤其涉及一種納米固體潤滑劑與納米陶瓷顆粒復合改性的刀具材料及其制備方法。

背景技術

刀具材料，特別是面向高速干切削的刀具材料已成為現代制造技術的關鍵。高速干切削刀具材料是指可以在高速條件下實現干切削加工的刀具材料。高速干切削時要求刀具材料與被加工材料的化學親和力要小，必須具有良好的耐熱性，極高的紅硬性和熱韌性。目前適用于高速干切削加工的刀具材料有聚晶金剛石刀具、立方氮化硼刀具、金屬陶瓷和陶瓷刀具等。陶瓷刀具材料具有高溫硬度高、化學穩定性和抗粘結性好等優點，適用于高速干切削加工，目前常用的陶瓷刀具包括Al₂O₃基和Si₃N₄基兩大類，在添加碳化物、硼化物和氮化物等作為增強相的基礎上，制備的復合陶瓷刀具材料獲得了廣泛的研究與應用。此外，由于高速干切削過程中缺少切削液的潤滑和冷卻作用，隨著加工時間的增加，切削溫度升高，刀具與工件之間的摩擦加劇，刀具的磨損嚴重，加工表面質量惡化，刀具壽命也隨之下降。添加固體潤滑劑制備的自潤滑陶瓷刀具材料可以在切削過程中形成自潤滑膜，減小了刀具和工件的直接接觸，有效地的保護了刀具材料，并降低了摩擦系數。盡管自潤滑陶瓷刀具的摩擦學性能得到了改善，但是由于固體潤滑劑的力學性能較差，破壞了刀具材料的力學性能，導致了刀具材料的耐用性降低。

發明內容

為了克服現有高速干切削陶瓷刀具材料力學性能和摩擦磨損性能難以兼顧的缺陷，本發明提供一種納米固體潤滑劑與納米陶瓷顆粒復合改性的刀具材料及其制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種復合改性的刀具材料，采用納米固體潤滑劑氟化鈣和納米氧化鋁陶瓷顆粒對Al₂O₃/TiC陶瓷刀具材料進行復合改性，氧化鎂為燒結助劑燒結制成，原料體積百分比組成如下：

納米氟化鈣5-15%；納米氧化鋁陶瓷顆粒3-6%；微米碳化鈦20-50%；氧化鎂0.5-1.5%；其余為微米氧化鋁；

所述納米氟化鈣，粒徑范圍15-50nm；

所述納米氧化鋁陶瓷顆粒，粒徑范圍140-160nm；

所述微米碳化鈦，平均粒徑為1~2μm；

所述微米氧化鋁，平均粒徑為1~2μm。

根據本發明優選的，所述復合改性的刀具材料，原料體積百分比組成如下：

納米氟化鈣5-15%；納米氧化鋁陶瓷顆粒4-5%；微米碳化鈦40-50%；氧化鎂0.5-1%；其余為微米氧化鋁。

根據本發明優選的，所述復合改性的刀具材料，原料體積百分比組成如下：

納米氟化鈣10%；納米氧化鋁陶瓷顆粒4%；微米氧化鋁40%；微米碳化鈦45.5%；氧化鎂0.5%。

根據本發明，一種納米固體潤滑劑與納米陶瓷顆粒復合改性刀具材料的制備方法，包括步驟如下：

（1）稱取聚乙二醇，溶解于無水乙醇中，配制兩份聚乙二醇含量為2-4g/L的分散液；按配比稱取納米氧化鋁和納米氟化鈣，在超聲和機械攪拌條件下，分別加入到配制的兩份分散液中，得到納米氧化鋁分散液和納米氟化鈣分散液，超聲攪拌20-30min；

（2）將步驟（1）的納米氧化鋁分散液和納米氟化鈣分散液混合，并按配比將微米氧化鋁、微米碳化鈦和燒結助劑氧化鎂加入混合溶液中，超聲分散20-30min；得復合溶液；

（3）將步驟（2）分散好的復合溶液加入球磨罐中，采用硬質合金球球磨48-72h，經過真空干燥24-36h后，采用200目篩過篩，得復合粉料，備用；

（4）將步驟（3）的復合粉料加入石墨模具中，采用真空熱壓燒結技術，在燒結溫度1550℃-1700℃、保溫15-30min和熱壓25-30MPa條件下燒結，燒結完成后自然冷卻。

根據本發明的上述方法，優選的，步驟（1）中所用的聚乙二醇為PEG4000。

根據本發明的上述方法，優選的，步驟（1）所述的納米氧化鋁分散液中，納米氧化鋁的含量為6.3-12.6g/L。

根據本發明的上述方法，優選的，步驟（1）所述的納米氟化鈣分散液中，納米氟化鈣的含量為6.9-20.7g/L。

根據本發明的上述方法，優選的，步驟（4）所述的燒結過程中，燒結溫度為1600℃-1650℃、保溫時間為15-25min和熱壓壓力為28-30MPa。