[發明專利]添加鎳磷合金包覆氟化鈣復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611231325.6
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106810259B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 許崇海;吳光永;衣明東;肖光春;陳照強
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發明涉及一種添加鎳磷合金包覆氟化鈣復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法。所述自潤滑陶瓷刀具材料的組分為：α?Al₂O₃30?48％，(W,Ti)C 42?66.5％，CaF₂@Ni?P按CaF₂的質量計3?12％，MgO 0.4?1.5％。其中，CaF₂@Ni?P的制備包括：CaF₂粉體清洗后先進行粗化，粗化后的CaF₂粉體加入敏化?活化液超聲震蕩，然后加于pH值8.5?9.5、35?45℃超聲震蕩條件下進行化學鍍制得。本發明還提供添加鎳磷合金包覆氟化鈣復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的制備方法。本發明包覆層鎳磷合金可改善自潤滑陶瓷刀具材料的顯微結構；對自潤滑陶瓷刀具材料增韌補強。

技術領域

本發明涉及一種添加鎳磷合金包覆氟化鈣復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法,屬于陶瓷刀具材料技術領域。

背景技術

隨著工業制造技術的進步，機械加工技術正朝著高效率、高精度和綠色化等方向發展。刀具是影響機械加工的效率、精度和成本的關鍵因素之一。與高速鋼和硬質合金等傳統刀具材料相比，陶瓷刀具材料具有高硬度、耐磨損、耐高溫和化學穩定性好等優點。然而由于陶瓷材料固有的低韌性和低抗熱震性，在高速切削加工過程中對陶瓷刀具不宜采用切削液進行冷卻潤滑，導致切削溫度很高，刀具熱磨損嚴重，致使刀具壽命偏低。開發和應用自潤滑陶瓷刀具材料是解決這一問題的有效途徑。

傳統的自潤滑陶瓷刀具材料的制備工藝是將陶瓷粉體和固體潤滑劑粉體直接混合，再通過一定的成型和燒結工藝制成塊狀材料。直接添加固體潤滑劑會對陶瓷刀具材料產生兩方面的影響：一方面，在切削過程中，刀具材料中的固體潤滑劑可在刀具表面形成自潤滑膜，從而減小刀具與切屑之間的摩擦系數；另一方面，固體潤滑劑的強度和硬度低，在刀具材料中的彌散導致其力學性能下降，進而降低刀具的抗磨損性能。有文獻報道了分別添加MoS₂、h-BN、CaF₂三種固體潤滑劑的Al₂O₃/TiC基自潤滑陶瓷材料。對于Al₂O₃/TiC/MoS₂自潤滑陶瓷材料，MoS₂在熱壓過程中發生分解，并使材料產生較多的氣孔，導致了很低的力學性能；對于Al₂O₃/TiC/h-BN自潤滑陶瓷材料，h-BN在熱壓過程中與Al₂O₃發生化學反應生成AlN，導致大量裂紋的產生，大大降低了材料的力學性能；對于Al₂O₃/TiC/CaF₂自潤滑陶瓷材料，CaF₂在燒結過程中沒有發生明顯的化學反應，但其力學性能仍比未添加固體潤滑劑的Al₂O₃/TiC陶瓷材料有較大幅度降低。參見材料科學與工藝，2006,14(1):5-8。由此可見，直接添加固體潤滑劑的傳統自潤滑陶瓷刀具材料難以實現自潤滑性能和力學性能的統一。

為了克服固體潤滑劑的缺陷，近年來對于包覆的氟化鈣固體潤滑劑材料的改進研究也不斷有披露，例如CN104045351A公開了用于自潤滑刀具材料的氧化鋁包覆氟化鈣粉末，是以硝酸鋁和CaF₂為原料，采用非均勻成核法和真空煅燒法制備，用于制備自潤滑刀具材料；CN104045325A公開了一種添加包覆型氟化鈣粉末的自潤滑刀具材料，是將表面包覆氫氧化鋁的氟化鈣粉末與氧化鋁、碳化鎢鈦、氧化鎳和氧化鎂粉末球磨混合并熱壓燒結制成的Al₂O₃/(W,Ti)C/CaF₂自潤滑刀具材料。然而，以上的CN104045351A和CN104045325A公開的包覆型氟化鈣粉末的包覆層材料是陶瓷，對所制備的自潤滑陶瓷刀具的硬度和抗彎強度的改善作用較大(分別提高21.7％和10.7％)，對斷裂韌性的改善作用較小(提高8％)。而相比抗彎強度和硬度，陶瓷刀具材料的斷裂韌性是制約其推廣應用的更重要因素，提高陶瓷刀具材料的斷裂韌性已成為本行業的一大技術難題。