專利名稱：納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷刀具材料及其制備方法，特別涉及一種納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米復(fù)合陶瓷刀具材料是通過在陶瓷基體中添加納米材料，利用納米材料的特性，使材料的力學(xué)性能有較大的提高。CN101265079A提供了一種納米復(fù)合陶瓷刀具材料及其制備方法。該發(fā)明通過向微米級Al2O3中添加納米級TiC顆粒和微米級WC顆粒,并控制納米級TiC顆粒和微米級WC顆粒的體積含量，以MgO和NiO作為助燒結(jié)劑和晶粒生長抑制齊U，制備出高力學(xué)性能納米復(fù)合陶瓷刀具材料。盡管該類刀具材料力學(xué)性能較微米級刀具材料有明顯的改善，但刀具在切削過程中由于摩擦系數(shù)較高，致使切削溫度較高，刀具磨損較快，刀具使用壽命的提高受限。添加固體潤滑劑制備的自潤滑陶瓷刀具材料作為切削加工中的有效潤滑技術(shù)之一，已經(jīng)引起切削加工研究工作者的廣泛關(guān)注。六方氮化硼(h-BN)的熱膨脹系數(shù)低，熱導(dǎo)率高，抗熱震性優(yōu)良，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性，是良好的高溫固體潤滑劑。一些學(xué)者分別研究了 Al203/h-BN、Si3N4/h-BN、AlN/h-BN、SiC/h-BN、Si02/h_BN、TiB2/h_BN、B4C/h_BN、Zr02/h_BN 等復(fù)合陶瓷，發(fā)現(xiàn)h-BN的添加，可以有效地提高陶瓷材料的潤滑性能和抗熱震性能，但是其負面作用是降低了陶瓷材料耐磨性等的力學(xué)性能。這是目前自潤滑陶瓷刀具減摩性能和耐磨性能不能合理兼顧的難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服普通自潤滑陶瓷刀具材料的不足之處，本發(fā)明提供一種兼具高減摩和高耐磨性能的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法。本發(fā)明的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料，通過采用微米二硼化鈦(TiB2)和納米二硼化鈦(TiB2)作為復(fù)合陶瓷基體，且以梯度方式添加固體潤滑劑六方氮化硼(h-BN)，得到兼具高減摩和高耐磨性能的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料。術(shù)語解釋:組分分布指數(shù)η是描述功能梯度材料組分梯度分布冪函數(shù)中的一個參數(shù)，本發(fā)明采用對稱型雙指數(shù)分布，使刀片的上下表面具有相同的切削性能；組分分布指數(shù)η值的不同，梯度材料的分布規(guī)律發(fā)生變化。梯度材料中某組分B的分布規(guī)律由下式表示:
權(quán)利要求
1.一種納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料，是以微米TiB2和納米TiB2為基體，添加微米WC作為增強相，以微米h-BN為固體潤滑劑，以微米Mo和微米Ni作為燒結(jié)助劑，經(jīng)分層鋪填、真空熱壓燒結(jié)而成；各層的原料組分體積百分含量為: 納米TiB220%，微米TiB250 65%，微米WClO 15%，微米h_BN0 10%，微米Mo2%，微米Ni3% ;其中，h-BN添加固體潤滑劑是由表層到中間層逐漸減少的梯度分布方式，使所述納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料各層組分以中間層對稱、具有(2m-l)層的梯度結(jié)構(gòu)，各層厚度相對中間層對稱分布，其中m為整數(shù)且3 < m < 5 ;納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料組分分布指數(shù)η分別為1.0、1.1或1.2。
2.如權(quán)利要求1所述的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料，其特征在于由表層到中間層，微米h-BN的體積含量由10%逐層減少到0%，微米TiB2的體積含量由50%逐層增加到65%，微米WC的體積含量由15%逐層減少到10%，納米TiB2、微米Mo和微米Ni體積含量各層相等不變。
3.如權(quán)利要求 1所述的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料，其特征在于所述微米h-BN的體積含量由表層到中間層組分含量逐層降低是等差降低。
4.如權(quán)利要求1所述的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料，其特征在于納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料層數(shù)為5層，組分分布指數(shù)η為1.1，各層的原料組分體積百分含量為: 第一層組分的體積百分含量為:微米TiB250%，微米WC15%，微米h-BN10% ； 第二層組分的體積百分含量為:微米TiB258%，微米WC12%，微米h-BN5% ； 第三層組分的體積百分含量為:微米TiB265%，微米WC10%，微米h-BN0% ； 第四層組分的體積百分含量為:微米TiB258%，微米WC12%，微米h-BN5% ； 第五層組分的體積百分含量為:微米TiB250%，微米WC15%，微米h-BN10% ； 所述的各層其它組分:納米TiB220%，微米Mo2%，微米Ni3%。
5.如權(quán)利要求1所述的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料，其特征在于各組分中，納米TiB2粉末、微米TiB2粉末、微米WC粉末和微米h-BN粉末平均粒徑分別為40 60nm、5-8 μ m、I μ m和1.5 μ m,所述微米Mo、微米Ni平均粒徑均為10 50 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料，其特征在于各層的厚度范圍為 0.3-1.5mm。
7.權(quán)利要求1 6任一項所述的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料的制備方法，依據(jù)各層的原料組分配比，分別配制(2m-l)組混合粉料，各層混合粉料的配制步驟如下: (1)按比例稱取納米TiB2粉末，以分子量為4000的聚乙二醇(PEG4000)為分散劑，適量無水乙醇為分散介質(zhì)，配成納米TiB2懸浮液，用攪拌器充分攪拌、超聲分散20-30min ； (2)按比例稱取微米TiB2粉末，以適量無水乙醇為分散介質(zhì)，配成微米TiB2懸浮液，用攪拌器充分攪拌、超聲分散20 30min ； (3)按比例稱取微米WC粉末，以適量無水乙醇為分散介質(zhì)，配成WC懸浮液，用攪拌器充分攪拌、超聲分散20-30min ； (4)按比例稱取微米h-BN粉末，以適量無水乙醇為分散介質(zhì)，配成h-BN懸浮液，用攪拌器充分攪拌、超聲分散20-30min ； (5)將以上所得納米TiB2懸浮液、微米TiB2懸浮液、微米WC懸浮液和微米h-BN懸浮液混合，得到復(fù)相懸浮液，然后按比例添加燒結(jié)助劑Ni和Mo，超聲分散20 30min，混合均勻； (6)將步驟(5)所得混合物倒入球磨罐中，以氮氣為保護氣氛，以無水乙醇為介質(zhì)，各組分原料總量與研磨球的料球重量比為1:10,球磨48h ;然后在電熱真空干燥箱中110 120°C溫度下連續(xù)干燥48h，完全干燥后在惰性氣體氣流中過篩，得到混合粉料，密封備用； (7)將步驟(6)所得的粉料逐層裝入石墨模具，在熱壓爐中進行真空熱壓燒結(jié)成型。
8.如權(quán)利要求7所述的納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料的制備方法，其特征在于，步驟(7)熱壓法燒結(jié)的工藝參數(shù)為:升溫速率10 25°C /min，保溫溫度1600 1700°C，熱壓壓力25 3 5 MPa，保溫時間10 30min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法。納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料是以納米TiB2和微米TiB2基體，添加微米WC作為增強相，以微米h-BN為固體潤滑劑，以微米Mo和微米Ni作為燒結(jié)助劑燒結(jié)而成。制備方法是先將納米TiB2、微米TiB2、微米WC和微米h-BN粉末分別分散成懸浮液，再經(jīng)過混合球磨、干燥制得粉料，采用熱壓法燒結(jié)。該納微米復(fù)合梯度自潤滑陶瓷刀具材料具有組分關(guān)于中間層對稱的(2m-1)層梯度結(jié)構(gòu)，具有良好的綜合力學(xué)性能和減摩耐磨性能，可用于制作切削刀具、模具以及其他耐磨耐腐零部件。
文檔編號C04B35/645GK103145423SQ20131011124
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者許崇海, 徐秀國, 方斌, 王春林, 衣明東, 肖光春 申請人:山東輕工業(yè)學(xué)院