[發(fā)明專利]一種基于3D打印的耐磨耐高溫數(shù)控刀具材料及制備方法

在審

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• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111151761A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設計）人: 徐淑波;孫海波;張世超;孫化鑫;王瀚林;劉建營;孫星
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F1/00;C22C49/02;C22C49/14;C22C101/14
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本發(fā)明屬于數(shù)控刀具材料領域，涉及一種基于3D打印的高強度耐磨數(shù)控刀具材料及制備方法，該方法先向聚乙二醇?乙醇混合溶液中加入碳化硅晶須和碳化硅納米顆粒并在超聲條件下攪拌，再加入氧化鋁球和燒結助劑并在超聲條件下攪拌，然后加入錳，鉻，石墨烯充分混合后球磨、燒結再球磨得到復合陶瓷粉體，最后進行3D打印成形；本發(fā)明材料分布均勻，組織穩(wěn)定性高；制備的基于3D打印的高強度耐磨數(shù)控刀具具有較高的強度、硬度、韌性和耐磨性。

技術領域

本發(fā)明屬于數(shù)控刀具材料領域，涉及一種基于3D打印的高強度耐磨數(shù)控刀具材料及制備方法。

背景技術

數(shù)控車床是工業(yè)生產(chǎn)中重要的機械，目前，數(shù)控車床在零件的制備以及裝備制造業(yè)的使用中不可或缺，在工業(yè)生產(chǎn)中使用非常頻繁，數(shù)控車床中數(shù)控刀具要求有高的硬度和耐磨性和耐高溫性 ，才能保證刀具在被加工材料產(chǎn)生變形時，刀具本身不產(chǎn)生變形和開裂；同時要求有足夠的強度與韌性，高的強度會提高刀具的變形抗力，高的韌性防止沖擊載荷下的脆斷。

數(shù)控刀具材料主要分為高速鋼、硬質(zhì)合金和新型刀具材料，本發(fā)明數(shù)控刀具材料的基體為氧化鋁，針對要求的高硬度與耐磨性、高耐熱性、高化學穩(wěn)定性，本發(fā)明為新型刀具材料及制備方法，在氧化鋁的基體上采用碳化硅晶須、高Cr及石墨烯增強，并利用乙醇為分散介質(zhì)、聚乙二醇為分散劑促進SiC_w的分散效果，獲得的一種新型數(shù)控刀具材料，并利用3D打印技術打印特殊用途的數(shù)控刀具。

目前采用晶須增強數(shù)控刀具材料取得了很大的進步，但晶須分布不均，晶須發(fā)生團聚纏繞和重力沉淀是目前面臨的問題；本發(fā)明采用乙醇為分散介質(zhì)、聚乙二醇為分散劑，利用聚乙二醇在乙醇介質(zhì)中通過空間位阻穩(wěn)定機制使 SiC 晶須吸附在其分子鏈的錨固基團上，防止 SiC 晶須發(fā)生團聚纏繞和重力沉淀。促進 SiC 晶須優(yōu)良性能的充分發(fā)揮，提高刀具材料的燒結致密度，提高刀具材料的綜合力學性能；本發(fā)明可以顯著提高數(shù)控刀具的強度、韌性、硬度、耐磨性和良疲勞性能以及使用壽命，具有重要的工業(yè)應用價值和特殊用途數(shù)控刀具的應用領域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的目的是：在于克服上述現(xiàn)有技術不足，提供一種加工工藝穩(wěn)定、材料組織均勻的基于3D打印的耐磨耐高溫數(shù)控刀具材料及制備方法，較傳統(tǒng)的新型數(shù)控刀具有高的硬度與耐磨性、高的耐熱性、高的化學穩(wěn)定性以及更長的使用壽命。

本發(fā)明構思如下：采用乙醇為分散介質(zhì)、聚乙二醇為分散劑，利用聚乙二醇在乙醇介質(zhì)中通過空間位阻穩(wěn)定機制使 SiC 晶須吸附在其分子鏈的錨固基團上，防止 SiC 晶須發(fā)生團聚纏繞和重力沉淀。促進 SiC 晶須優(yōu)良性能的充分發(fā)揮，提高刀具材料的燒結致密度，采用高Cr及石墨烯等材料混合通過3D打印技術提高刀具材料的綜合力學性能；本發(fā)明可以顯著提高數(shù)控刀具的強度、韌性、硬度、耐磨性和良疲勞性能以及使用壽命；同時根據(jù)不同用途可以制作出不同形狀的數(shù)控車刀。

本發(fā)明是通過以下技術方案如下:先向聚乙二醇-乙醇混合溶液中加入碳化硅晶須和碳化硅納米顆粒并在超聲條件下攪拌，再加入氧化鋁球和燒結助劑并在超聲條件下攪拌，然后加入錳，鉻，石墨烯充分混合后球磨、燒結、再球磨得到復合陶瓷粉體，最后進行3D打印成形。

測試表明使用乙醇為分散介質(zhì)、聚乙二醇為分散劑、輔以超聲振動和機械攪拌以及一定時間的球磨時，獲得分散效果極佳的復合陶瓷粉體，使數(shù)控刀具具有更高的強度和耐磨性。

利用3D打印技術可以根據(jù)不同用途、不同要求打印不同形狀的數(shù)控刀具，增加了數(shù)控刀具的應用范圍以及應用領域。

具體材料及制備方法如下。

將聚乙二醇與乙醇按1：1混合，在超聲條件下攪拌15min得到混合溶液。

向混合溶液中加入SiC晶須15%和SiC晶粒 5%在超聲條件下攪拌30min。

再加入氧化鋁球64%，燒結助劑1%在超聲條件下攪拌30min。