[發明專利]具有自修復能力的自潤滑陶瓷刀具及其制備方法、修復方法與應用

在審

• 申請號: 202010429650.3
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111574209A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 陳照強;季良剛;許崇海;肖光春;衣明東;張靜婕
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C04B35/117
• 分類號: C04B35/117;C04B35/622;C04B35/628;C04B41/80
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及自修復刀具技術領域，尤其涉及一種具有自修復能力的自潤滑陶瓷刀具及其制備方法、修復方法與應用。按體積百分數計，所述陶瓷刀具包括如下組分：α?Al₂O₃ 55?64％，TiC 22?28％，TiB₂ 5?10％，h?BN@Al₂O₃ 5?10％，MgO 0.5％；所述h?BN@Al₂O₃是以Al₂O₃包覆在片狀納米h?BN上形成的核殼結構。該陶瓷刀具中以TiB₂為修復劑，h?BN@Al₂O₃為固體潤滑劑兼修復劑，Al₂O₃為基體，TiC為增強相，MgO為燒結助劑，在TiB₂和h?BN@Al₂O₃的協同作用下提高了刀具材料的裂紋修復效果和自潤滑能力，增強了刀具材料的綜合力學性能。

技術領域

本發明涉及自修復刀具技術領域，尤其涉及一種具有自修復能力的自潤滑陶瓷刀具及其制備方法、修復方法與應用。

背景技術

本發明背景技術中公開的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

陶瓷刀具材料由于其優異的性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和高強度，在過去幾十年中受到越來越多的關注和應用。然而，陶瓷刀具材料也存在明顯的缺點，如高速干切削過程受機械沖擊和熱震作用力易產生微裂紋，摩擦系數高、以及對缺陷敏感等。這將導致刀具提前達到失效標準，整個刀片面臨報廢，造成了極大的資源和經濟的浪費。因此若能夠兼顧陶瓷刀具優異的切削性能和使用壽命之間的平衡，使陶瓷刀具具有優異切削性能的同時，提高其使用壽命，已成為陶瓷刀具研發中迫切需要解決的問題。

針對上述問題，近年來研究者開發了自修復陶瓷和自潤滑陶瓷。通過向陶瓷基體中添加具有特定功能的組分，使刀具材料具有裂紋修復與自潤滑的功能。從而滿足干切削加工需求。

自修復陶瓷材料是通過向陶瓷基體添加特定修復劑，當材料產生裂紋時，通過適當處理使裂紋愈合，從而恢復材料強度，延長其使用壽命。例如：有研究公開了一種裂紋自愈合陶瓷材料的制備方法。上述研究中制備的自修復陶瓷是通過在高溫有氧環境下熱處理，利用SiC的氧化產物SiO₂對裂紋進行修復愈合。但是SiC氧化時產生C的氣體氧化物，不利于材料強度的提升。

自潤滑陶瓷是通過向陶瓷基體添加固體潤滑劑，從而使材料具有自潤滑能力。但是由于固體潤滑劑本身力學性能較差，直接添加到陶瓷基體將對材料力學性能產生致命影響。近年來部分研究學者設計開發了添加包覆型固體潤滑劑的新型自潤滑陶瓷刀具材料。具體方法是通過在固體潤滑劑表面改性包覆一層強度較高的材料，然后添加到陶瓷基體中制備自潤滑陶瓷材料。有研究公開了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。然而，本發明人研究發現：該鎳磷合金包覆層與基體材料存在物理性或化學性差異，在后續燒結過程中易產生殘余應力，降低材料強度。

發明內容

針對上述的問題，本發明提出一種具有自修復能力的自潤滑陶瓷刀具及其制備方法、修復方法與應用，通過添加修復劑硼化鈦(TiB₂)和包覆型固體潤滑劑(h-BN@Al₂O₃)制備的具有自修復能力的自潤滑陶瓷刀具材料具有良好的裂紋修復能力和潤滑效果。為實現上述目的，本發明的技術方案如下。