本發(fā)明屬于刀具材料及加工的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種梯度復(fù)合刀具材料及制備方法。

背景技術(shù)：

在機加工過程中,刀具作為切削過程主要的直接執(zhí)行者,在工件的切削加工過程中不可避免地存在磨損、破損甚至斷裂等現(xiàn)象,特別是在高速切削中,刀具的磨損尤為嚴重；出現(xiàn)磨損現(xiàn)象后,刀具的壽命會急劇下降,所加工的工件表面粗糙度上升,易導(dǎo)致工件的尺寸超出設(shè)計公差,雖然及時換刀具可以一定程度上解決工件精度不足的問題,但對于加工航空航天、新型模具等加工難度比較高的器具,特別涉及到有國防要求的大型零件或精密零件,過頻的換刀會增大零件的重復(fù)定位誤差,達不到設(shè)計要求。

切削刀具表面涂層技術(shù)是近幾十年來適應(yīng)市場需求發(fā)展起來的材料表面改性技術(shù)。采用涂層技術(shù)可以有效提高切削刀具的使用壽命，使刀具獲得優(yōu)良的綜合性能，從而大幅度提高機械加工效率。因此，業(yè)內(nèi)人士把涂層技術(shù)、刀具材料、切削加工工藝稱為切削刀具制造領(lǐng)域的三大關(guān)鍵技術(shù)。

盡管cvd涂層具有很好的耐磨性，但cvd工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強度下降；二是薄膜內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易導(dǎo)致刀具使用時產(chǎn)生微裂紋；三是cvd工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環(huán)境污染。同樣，pvd工藝雖然優(yōu)點很多，但目前仍然存在一定的問題。比如，pvd工藝處理溫度較低，因此涂層與刀具基體、涂層與涂層之間的界面結(jié)合強度較低，一方面使涂層厚度受到了限制，同時使涂層在切削負荷的作用下很快因開裂和剝落而失效，涂層與刀具基體的性能差異較大，涂層內(nèi)易形成較大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致刀具在切削(尤其是斷續(xù)切削)負荷的作用下，易產(chǎn)生微裂紋。

疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計豐富了陶瓷材料強韌化的方法,是近幾年發(fā)展起來的材料增強增韌新技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)是通過模仿貝殼而來，自然界中貝殼的珍珠層是一種天然的層狀結(jié)構(gòu)材料，其斷裂韌性卻比普通單一均質(zhì)結(jié)構(gòu)高出3000倍以上。該種設(shè)計具有強韌化效果顯著、材料體系多、設(shè)計靈活等優(yōu)點,是目前復(fù)合材料強韌化的有效途徑之一。對于疊層陶瓷的研究大部分還停留在材料體系的構(gòu)建上，而對于疊層復(fù)合刀具,目前國內(nèi)外研究較少。疊層結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，如果合理地應(yīng)用在上刀具，既可提高與基體的結(jié)合強度，又能具有多種涂層材料的綜合物理機械性能，從而滿足不同材料、不同加工條件的要求（段振興.新型疊層復(fù)合陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[d].山東大學(xué),2009）。

中國專利公開一種梯度疊層涂層刀具及其制備方法(專利號：zl201110214393.2)，所制備的zrtin復(fù)合涂層刀具有較高的硬度和強度、優(yōu)異的抗磨損和抗腐蝕性能，但是在切削有色金屬材料時其表面摩擦系數(shù)較高，刀具使用壽命無法滿足使用需要。中國專利公開一種新型疊層自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法（zl201610232992.x），它是涉及一種新型疊層自潤滑陶瓷刀具材料tic/tin+tib2/tin及其制備方法。以tic/30wt%tin為基體、tib2/15wt%tin為疊層，利用各層熱膨脹系數(shù)差異在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力及表層原位反應(yīng)形成的潤滑膜提高復(fù)合材料綜合性能，但是由于各層材料本身的熱膨脹系數(shù)差別，刀具在切削難加工材料時，疊層材料在其分界面處還是容易產(chǎn)生裂紋，刀具壽命較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種梯度復(fù)合刀具材料及制備方法，采用化學(xué)鍍的方法，在wc和a12o3超細粉體表面鍍一層co金屬，得到wc-co和a12o3-co粉體，按照一定的梯度配比與順序裝填在石墨模具內(nèi)進行放電等離子燒結(jié)，得到梯度復(fù)合刀具材料，該材料具有極好的硬度、耐磨性及低的摩擦系數(shù)，一定程度上解決了陶瓷復(fù)合材料的“硬度和韌性不可調(diào)和的矛盾”。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種梯度復(fù)合刀具材料，該材料依次由經(jīng)燒結(jié)而成的基體層、連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層組成，從外耐磨層到基體層，每一層占材料總質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)分別為15%、22.5%、7.5%和55%，基體層為wc-co，連接層、第一過渡層、第二過渡層以及外耐磨層均為wc-co與a12o3-co的混合粉體，并且從連接層到外耐磨層，wc-co的質(zhì)量分數(shù)呈梯度減少。

一種制備上述梯度復(fù)合刀具材料的方法，通過化學(xué)鍍在wc和a12o3兩種粉體表面包覆金屬co，得到wc-co和a12o3-co兩種粉體，并以wc-co作為基體層，wc-co和a12o3-co的混合粉體以不同混合比例分別作為連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層，按照基體層、連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層的順序，依次裝填在石墨模具內(nèi)后，于真空條件下均勻加壓進行放電等離子燒結(jié)，然后斷電自然冷卻至室溫，即得到梯度復(fù)合刀具材料；

所述化學(xué)鍍所用的鍍液中主鹽為15~40g/l的硫酸鈷、絡(luò)合劑為50g/l的檸檬酸三鈉、還原劑為20~60g/l的次亞磷酸鈉、緩沖劑為25g/l硼酸，配制鍍液的方法為：

（1）用去離子水溶解硫酸鈷，得到溶液a；

（2）用去離子水溶解檸檬酸三鈉，得到澄清溶液b；

（3）將溶液a加入溶液b中，攪拌混合溶液，得到主鹽絡(luò)合溶液c；

（4）常溫下，用去離子水溶解次亞磷酸鈉，攪拌均勻，得到溶液d；

（5）將溶液d加入主鹽絡(luò)合溶液c中，邊加邊攪拌，得到溶液e；

（6）用去離子水溶解硼酸，攪拌均勻，得到澄清溶液f；

（7）將溶液f加入溶液e中，邊加邊攪拌，得到鍍液；

（8）用氫氧化鈉調(diào)整鍍液的ph值為8~11，然后加去離子水定容；

連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層中，每一層wc-co和a12o3-co的混合粉體的配制方法為：

按照wc-co和a12o3-co在所在層中的質(zhì)量分數(shù)，分別取經(jīng)化學(xué)鍍處理的wc-co粉體和a12o3-co粉體，倒入裝有去離子水的容器中，混勻得到混合物ⅰ，去離子水的質(zhì)量為wc-co粉體和a12o3-co粉體總質(zhì)量的7~8倍；對混合物ⅰ進行超聲攪拌，保持混合物ⅰ的溫度為105℃；超聲攪拌35min后，按照聚乙二醇和混合物ⅰ的質(zhì)量比為1:80，取聚乙二醇加入到混合物ⅰ中，繼續(xù)超聲攪拌，得到混合物ⅱ；將所得混合物ⅱ真空干燥后過篩，得到wc-co和a12o3-co的混合粉體；

在所述放電等離子燒結(jié)過程中，裝填在石墨模具中的基體層、連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層占梯度復(fù)合刀具材料的質(zhì)量分數(shù)依次為55%、7.5%、10%、12.5%和15%。

優(yōu)選的，所述wc粉體純度大于99.1%，平均粒徑為400nm，理論密度為14.83g/cm³；a12o3粉體純度大于99.0%，平均粒徑500nm。

優(yōu)選的，在對wc和a12o3兩種粉體進行化學(xué)鍍之前，分別進行預(yù)處理，預(yù)處理包括粗化、敏化活化和烘干。

進一步的，所述粗化是將待處理的粉體加入粗化液中，于室溫下超聲波振蕩；然后靜置至粉體沉降后，將粉體從粗化液中取出，用去離子水清洗沉降的粉體，分離出粉體；所述的粗化液的組成包括20ml/l的氫氟酸和2g/l的氟化銨。

進一步的，所述敏化活化是將經(jīng)粗化處理后的粉體加入敏化活化液中，于室溫下超聲波振蕩，然后靜置至粉體沉降后，取出沉降的粉體，用去離子水清洗后，由離心機分離出粉體；所述敏化活化液的組成包括0.5g/l的氯化鈀、30g/l的氯化亞錫、160g/l的氯化鈉和60ml/l的鹽酸。

優(yōu)選的，在所述化學(xué)鍍之前，將預(yù)處理過的粉體分別進行磁力攪拌預(yù)分散。

優(yōu)選的，所述放電等離子燒結(jié)中，從室溫上升至1800℃的過程中，環(huán)境壓力平穩(wěn)均勻的加至50mpa，之后在溫度為1800℃、壓力50mpa條件下保溫20~30min，然后斷電自然冷卻至室溫。

優(yōu)選的，所述敏化活化液的配制方法是：

（1）稱取0.25g的氯化鈀加入30ml濃鹽酸中攪拌溶解，完全溶解后變?yōu)槌燃t色透明溶液，再加入去離子水直至50ml，即得到溶液a；（2）稱取80g的氯化鈉溶于250ml去離子水中，得到溶液b；

（3）將溶液a與溶液b混和，攪拌均勻，得到溶液c;

（4）稱取15g的氯化亞錫溶于150ml的去離子水中，得到白色的溶液d；

（5）把溶液d邊攪拌邊加入溶液c中，得到深綠色溶液e；

（6）向溶液e加入去離子水定容至500ml，得到深綠色的敏化活化液。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、根據(jù)難加工材料刀具的設(shè)計理念，這種梯度復(fù)合刀具材料，基體為wc-co具有極好的韌性，表層為wc-co/a12o3-co具有極好的硬度、耐磨性及低的摩擦系數(shù)，一定程度上解決了陶瓷復(fù)合材料的“硬度和韌性不可調(diào)和的矛盾”；同時，該梯度復(fù)合刀具材料整體上是由co金屬關(guān)聯(lián)其中，一定程度上解決了梯度復(fù)合材料在其分界面處容易產(chǎn)生裂紋，壽命較低的難題；

2、由于在燒結(jié)過程中每種陶瓷粉末的外層均包裹了co金屬，使得它們不會直接接觸，這樣就降低的燒結(jié)的難度，同時保證了燒結(jié)材料的致密度；

3、放電等離子燒結(jié)過程中，由于co是導(dǎo)電粉體，通過施加電場，包覆的co接觸部位會發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生局部高溫，促使co金屬熔化，在大壓力的同時作用下，熔融的鈷填充到陶瓷顆粒的間隙中，形成致密的疊層刀具復(fù)合材料。

4、在制備過程中，對粉體進行多次分散處理，可以避免粉體顆粒產(chǎn)生較大的團聚，以保證燒結(jié)后最終產(chǎn)品具有較好的力學(xué)性能。

附圖說明

圖1是梯度復(fù)合刀具材料的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是化學(xué)鍍金屬co所用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是梯度復(fù)合刀具材料的放電等離子燒結(jié)過程示意圖；

圖4是是wc-co粉體的tem圖；

圖5是a12o3-co粉體的tem圖；

圖中標(biāo)記：1、超聲波振蕩器，2、水槽，3、燒杯，4、攪拌器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過具體的實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

以下實施例1~3是對梯度復(fù)合刀具材料的進一步描述。

實施例1

一種梯度復(fù)合刀具材料，如圖1所示，該材料為經(jīng)燒結(jié)得到的5層結(jié)構(gòu)，依次為基體層、連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層，每一層占材料總質(zhì)量的比例分別為55%、7.5%、10%、12.5%和15%，所述基體層為wc-co；連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層均為wc-co和a12o3-co的混合物，其中，在連接層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為95%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為5%；在第一過渡層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為90%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為10%；在第二過渡層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為85%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為15%；在外耐磨層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為80%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為20%。

實施例2

在實施例1的基礎(chǔ)上，在連接層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為93%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為7%；在第一過渡層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為88%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為12%；在第二過渡層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為83%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為17%；在外耐磨層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為78%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為22%。

實施例3

在實施例1的基礎(chǔ)上，在連接層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為90%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為10%；在第一過渡層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為85%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為15%；在第二過渡層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為80%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為20%；在外耐磨層中，wc-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為75%、a12o3-co占該層的質(zhì)量分數(shù)為25%。

以下實施例4~6是上述梯度復(fù)合刀具材料的制備方法。

實施例4

一種制備梯度復(fù)合刀具材料的方法，包括原料的選擇、粉體的預(yù)處理、化學(xué)鍍金屬co和放電等離子燒結(jié)，具體的步驟如下：

1、原料的選擇

本方法采用的超細陶瓷粉體是：(a)wc粉體，純度大于99.1%，平均粒徑為400nm，無規(guī)則多角狀顆粒，理論密度為14.83g/cm³；(b)a12o3粉體，純度大于99.97%，平均粒徑為150nm，理論密度為3.979g/cm³。

2、預(yù)處理

化學(xué)鍍必須在具有催化活性的表面才能發(fā)生，而wc和a12o3粉體表面不具有這種催化活性，所以必須對其進行表面預(yù)處理，在其表面沉積一層具有催化性能的貴金屬才能使得化學(xué)鍍能夠順利進行。預(yù)處理一般包括以下幾個步驟：粗化、敏化、活化、烘干；超細粉體的預(yù)處理對施鍍過程有很大的影響，尤其是敏化、活化過程。

在本發(fā)明中，采用敏化活化一步法對陶瓷粉體進行處理，以縮短預(yù)處理時間。

2.1粗化處理

分別對上述原料粉體進行粗化處理。粗化的目的是使粉體顆粒表面形成無數(shù)的微小凹面，增加吸附表面力大，使貴金屬離子吸附在該處，便于還原過程的進行。

粗化過程：

(a)將待預(yù)處理wc和a12o3粉體分別加入粗化液中，在室溫下超聲波震蕩30分鐘；

(b)靜置至粉體沉降后，取出粉體，再用去離子水清洗粉體三次。

粗化后的粉體沉降比較快，大約半小時左右就能沉降完全，由于粗化液含有氫氟酸，必須在塑料容器中進行。

粗化處理所用的粗化液組成為：20ml/l的氫氟酸和2g/l的氟化銨；以配置100ml粗化液為例，其配制方法為：將0.2g氟化銨溶于50ml去離子水中，然后在完全溶解的氟化銨中加入2ml濃度約40%的氫氟酸，攪拌均勻后定容至100ml。

2.2敏化活化處理

敏化處理使經(jīng)粗化處理后的陶瓷顆粒表面吸附一層具有還原能力的膠體物質(zhì)，在隨后的活化處理時，這些物質(zhì)使活化劑被還原形成催化晶核，以后的化學(xué)鍍可以在這些表面進行。

本發(fā)明使用敏化活化一步法，并輔以超聲波對粉體進行分散。

敏化活化過程：在室溫下，將粗化過的wc和a12o3粉體分別加入敏化活化液中，超聲波震蕩反應(yīng)30分鐘，然后靜置至粉體沉降后，將粉體從敏化活化液中取出，用去離子水清洗3次，并用離心機分離出粉體。

所用敏化活化液的組成為：0.5g/l的氯化鈀、30g/l的氯化亞錫、160g/l的氯化鈉和60ml/l的鹽酸；以配置500ml敏化活化液為例，其配制方法為：

(a)稱取0.25g的氯化鈀加入30ml濃鹽酸（濃度為37%）中攪拌溶解，完全溶解后變?yōu)槌燃t色透明溶液，再加入去離子水直至50ml，即得到溶液a；

(b)稱取80g的氯化鈉溶于250ml去離子水中，得到溶液b；

(c)將溶液a與溶液b混和，攪拌均勻，得到溶液c;

(d)稱取15g的氯化亞錫溶于150ml的去離子水中，得到白色的溶液d；

(e)把溶液d邊攪拌邊加入溶液c中，得到深綠色溶液e；

(f)加入去離子水定容至500ml，即得到深綠色的敏化活化液。

2.3烘干

使用101a-1型干燥箱(加熱功率3kw)對敏化活化后的wc和a12o3粉體進行烘干，溫度為80^oc。

3、化學(xué)鍍金屬co

利用化學(xué)鍍的方法，在圖2所示的裝置中分別對經(jīng)預(yù)處理的wc和a12o3粉體表面鍍一層co金屬。

所用的鍍液組成為：以15g/l的硫酸鈷為主鹽、50g/l的檸檬酸三鈉為絡(luò)合劑、20g/l的次亞磷酸鈉為還原劑、25g/l硼酸為緩沖劑；以配置500ml鍍液為例，其配制方法如下：

(a)用去離子水溶解主鹽，得到溶液a；

(b)用去離子水溶解檸檬酸三鈉，得到澄清溶液b；

(c)將溶液a加入溶液b中，攪拌混合溶液，得到主鹽絡(luò)合溶液c；

(d)常溫下，用去離子水溶解次亞磷酸鈉，攪拌均勻，得到溶液d；

(e)將溶液d加入溶液c中，邊加邊攪拌，得到溶液e；

(f)用去離子水溶解硼酸，攪拌均勻，得到澄清溶液f；

(g)將溶液f加入e中，邊加邊攪拌，得到鍍液；

(h)用氫氧化鈉調(diào)整ph為8，然后加水用容量瓶定容。

如圖2所示，進行化學(xué)鍍的反應(yīng)容器燒杯置于超聲波振蕩器的水槽中，并設(shè)有攪拌器；在施鍍之前，將待鍍的粉體用磁力攪拌裝置進行10min的攪拌預(yù)分散，以確保粉體中沒有大顆粒存在，提高超聲波分散和輔助增強作用；然后稱取一定量預(yù)分散后的待鍍的粉體置于燒杯中，再量取一定量配制好的鍍液倒入燒杯中，然后將燒杯置于圖2所示的裝置中進行包覆。工作時，開動攪拌器攪拌，使粉體顆粒懸浮在鍍液中，并保證鍍液濃度均勻，保持反應(yīng)溫度小于70℃。

化學(xué)鍍反應(yīng)開始后,鍍液中將產(chǎn)生大量氣泡(這也是實驗中觀察反應(yīng)進行的標(biāo)準),反應(yīng)進行一段時間后,隨鍍液中氣泡的消失,反應(yīng)停止。靜置后,包覆了金屬co的wc-co粉體和a12o3-co粉體沉積到燒杯底部，鍍液顏色變淺。

4、粉體的后處理

化學(xué)鍍獲得的wc-co粉體、a12o3-co粉體沉積于容器底部，用離心機分離鍍液和wc-co粉體以及a12o3-co粉體后，用去離子水清洗wc-co粉體和a12o3-co粉體3-4次，直到清洗去離子水呈透明，方可將清洗干凈的wc-co粉體和a12o3-co粉體置于101a-1型干燥箱進行烘干，避免殘余鍍液成分對粉體的影響，烘干后的wc-co粉體和a12o3-co粉體即可用于隨后的制備應(yīng)用。

5、混合粉體的配制

如圖1所示，梯度復(fù)合刀具材料中基體層為wc-co，連接層、第一過渡層、第二過渡層以及外耐磨層均為wc-co和a12o3-co的混合粉體，由于wc-co粉體經(jīng)前述步驟已經(jīng)得到，因此，下面主要對每一層所用的wc-co和a12o3-co的混合粉體進行配制。

（1）連接層中95%wc-co和5%a12o3-co混合粉體的配制

按照wc-co的質(zhì)量百分比為95%、a12o3-co的質(zhì)量百分比為5%分別取經(jīng)化學(xué)鍍所得的wc-co粉體和a12o3-co粉體，倒入裝有去離子水的容器中，混勻得到混合物a，去離子水的質(zhì)量為wc-co粉體和a12o3-co粉體總質(zhì)量的7~8倍；對混合物a進行超聲攪拌，超聲波為120-170hz，攪拌速率為180~220r/min，并保持混合物a的溫度為105℃；超聲攪拌35min后，按照聚乙二醇和混合物a的質(zhì)量比為1:80，取聚乙二醇加入到混合物a中，繼續(xù)超聲攪拌15~20min，得到混合物b；將所得混合物b在140~160℃條件下真空干燥24~25h，過篩，得到95%wc-co和5%a12o3-co的混合粉體。

（2）第一過渡層中90%wc-co和10%a12o3-co混合粉體的配制

按照wc-co的質(zhì)量百分比為90%、a12o3-co的質(zhì)量百分比為10%分別取經(jīng)化學(xué)鍍所得的wc-co粉體和a12o3-co粉體，倒入裝有去離子水的容器中，混勻得到混合物c，去離子水的質(zhì)量為wc-co粉體和a12o3-co粉體總質(zhì)量的7~8倍；對混合物c進行超聲攪拌，超聲波為120-170hz，攪拌速率為180~220r/min，并保持混合物c的溫度為105℃；超聲攪拌35min后，按照聚乙二醇和混合物c的質(zhì)量比為1:80，取聚乙二醇加入到混合物c中，繼續(xù)超聲攪拌15~20min，得到混合物d；將所得混合物d在140~160℃條件下真空干燥24~25h，過篩，得到90%wc-co和10%a12o3-co的混合粉體。

（3）第二過渡層中85%wc-co和15%a12o3-co混合粉體的配制

按照wc-co的質(zhì)量百分比為85%、a12o3-co的質(zhì)量百分比為15%分別取經(jīng)化學(xué)鍍所得的wc-co粉體和a12o3-co粉體，倒入裝有去離子水的容器中，混勻得到混合物e，去離子水的質(zhì)量為wc-co粉體和a12o3-co粉體總質(zhì)量的7~8倍；對混合物e進行超聲攪拌，超聲波為120-170hz，攪拌速率為180~220r/min，并保持混合物e的溫度為105℃；超聲攪拌35min后，按照聚乙二醇和混合物e的質(zhì)量比為1:80，取聚乙二醇加入到混合物e中，繼續(xù)超聲攪拌15~20min，得到混合物f；將所得混合物f在140~160℃條件下真空干燥24~25h，過篩，得到85%wc-co和15%a12o3-co的混合粉體。

（4）外耐磨層中80%wc-co和20%a12o3-co混合粉體的配制

按照wc-co的質(zhì)量百分比為80%、a12o3-co的質(zhì)量百分比為20%分別取經(jīng)化學(xué)鍍所得的wc-co粉體和a12o3-co粉體，倒入裝有去離子水的容器中，混勻得到混合物g，去離子水的質(zhì)量為wc-co粉體和a12o3-co粉體總質(zhì)量的7~8倍；對混合物g進行超聲攪拌，超聲波為120-170hz，攪拌速率為180~220r/min，并保持混合物g的溫度為105℃；超聲攪拌35min后，按照聚乙二醇和混合物g的質(zhì)量比為1:80，取聚乙二醇加入到混合物g中，繼續(xù)超聲攪拌15~20min，得到混合物f；將所得混合物h在140~160℃條件下真空干燥24~25h，過篩，得到80%wc-co和20%a12o3-co的混合粉體。

6、放電等離子燒結(jié)

將上述所得的wc-co粉體、95%wc-co和5%a12o3-co混合粉體、90%wc-co和10%a12o3-co混合粉體、85%wc-co和15%a12o3-co混合粉體和80%wc-co和10%a12o3-co混合粉體，按照圖1所示的材料順序（即按照基體層、連接層、第一過渡層、第二過渡層和外耐磨層的順序）分別裝入石墨模具，置于真空環(huán)境中，然后均勻加壓進行放電等離子燒結(jié)；燒結(jié)時，從室溫上升至1800℃的過程中，環(huán)境壓力平穩(wěn)均勻的加至50mpa，之后在溫度為1800℃、壓力50mpa條件下保溫30~40min，然后斷電自然冷卻至室溫，即得到wc-co與a12o3-co梯度復(fù)合刀具材料。

圖3是wc-co與a12o3-co梯度復(fù)合刀具材料的放電等離子燒結(jié)過程中，在顆粒接觸處產(chǎn)生放電現(xiàn)象的示意圖。由于co是導(dǎo)電粉體，通過施加電場，包覆的co接觸部位會發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生局部高溫，促使co金屬熔化，在大壓力的同時作用下，熔融的鈷填充到陶瓷顆粒的間隙中，形成致密的梯度刀具復(fù)合材料。

實施例5

在實施例4的基礎(chǔ)上，化學(xué)鍍所用鍍液組成為：以40g/l的硫酸鈷為主鹽、50g/l的檸檬酸三鈉為絡(luò)合劑、60g/l的次亞磷酸鈉為還原劑、25g/l硼酸為緩沖劑；以配置500ml鍍液為例，其配制方法如下：

(a)用去離子水溶解主鹽，得到溶液a；

(b)用去離子水溶解檸檬酸三鈉，得到澄清溶液b；

(c)將溶液a加入溶液b中，攪拌混合溶液，得到主鹽絡(luò)合溶液c；

(d)常溫下，用去離子水溶解次亞磷酸鈉，攪拌均勻，得到溶液d；

(e)將溶液d加入溶液c中，邊加邊攪拌，得到溶液e；

(f)用去離子水溶解硼酸，攪拌均勻，得到澄清溶液f；

(g)將溶液f加入e中，邊加邊攪拌，得到鍍液；

(h)用氫氧化鈉調(diào)整ph為11，然后加水用容量瓶定容。

其余步驟的操作方法與實施例1相同。

實施例6

在實施例4的基礎(chǔ)上，化學(xué)鍍所用鍍液組成為：以25g/l的硫酸鈷為主鹽、50g/l的檸檬酸三鈉為絡(luò)合劑、40g/l的次亞磷酸鈉為還原劑、25g/l硼酸為緩沖劑；以配置500ml鍍液為例，其配制方法如下：

(a)用去離子水溶解主鹽，得到溶液a；

(b)用去離子水溶解檸檬酸三鈉，得到澄清溶液b；

(c)將溶液a加入溶液b中，攪拌混合溶液，得到主鹽絡(luò)合溶液c；

(d)常溫下，用去離子水溶解次亞磷酸鈉，攪拌均勻，得到溶液d；

(e)將溶液d加入溶液c中，邊加邊攪拌，得到溶液e；

(f)用去離子水溶解硼酸，攪拌均勻，得到澄清溶液f；

(g)將溶液f加入e中，邊加邊攪拌，得到鍍液；

(h)用氫氧化鈉調(diào)整ph為9，然后加水用容量瓶定容。

其余步驟的操作方法與實施例1相同。

在本發(fā)明所述的制備方法中，需要注意：

（1）敏化活化處理后的陶瓷粉體沉降速度很慢，在活化液中沉降4-5小時才能沉降完全；在加入去離子水清洗時，沉降速度明顯降低，甚至很難完全沉降，清洗后沉降要達到15小時以上；第二次、第三次清洗甚至要24小時以上都難以完全沉降。這可能是由于敏化活化后的納米粉體表面吸附了大量的帶電離子，使得顆粒之間有一定的排斥作用，提高了陶瓷粉體的分散性，導(dǎo)致沉降變慢，因此需要使用離心機分離粉體。

（2）預(yù)處理后的粉體外觀與處理前相比變化不大，尺度相當(dāng)，但經(jīng)過預(yù)處理的粉體的分散性較好。該結(jié)果與預(yù)處理過程中所觀察到的現(xiàn)象是一致的，可以認為預(yù)處理過程不僅對粉體進行了活化，而且起到了理想的分散效果。

（3）由于超聲波施加過程中會發(fā)熱，使得水槽中的水升溫，為了將反應(yīng)溫度控制在一定范圍之內(nèi)，須循環(huán)水冷卻，溫度過高(70^oc以上)會對超聲波發(fā)生器造成損壞，且會降低鍍液穩(wěn)定性，發(fā)生自分解，產(chǎn)生游離的金屬單質(zhì)。