[发明专利]不锈钢304材料洁整化加工用陶瓷刀具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于难加工材料的精密超精密加工技术领域，特别涉及一种用于洁整化加工不锈钢304材料的陶瓷刀具及制备方法。

背景技术

核能是重要的清洁、安全、可靠能源之一，也是未来最有潜力的能源之一，正逐步地大量应用于航空航天、国防、电力等部门。核主泵是核电站的“心脏”，是核电建设的重要组成部分，是核电技术国产化最后一个难度最大的重大装备，也是核电站装备中最后一个完全依靠国外进口的技术和装备。尽管我国从上世纪80年代初开始引进法国等的核电装备，但至今为止，我国仍不能自主设计制造大型核电站的关键装备，特别是核主泵制造、装备完全由美、法、俄等国家垄断，技术严格控制，我国在核主泵设计制造的核心技术方面几乎是空白的。

超长使役的核主泵工作在高放射性、高温、高压极端环境下，核主泵泵壳、转子组件、轴承、密封环、屏蔽部件等零部件(材料多为不锈钢304)构成的承压边界，处于特殊工质的宏微流场中，承受高动压载荷和长期冲刷磨损与腐蚀作用，为保证关键零部件使役寿命以及系统的稳定性，要求满足零部件使役性能的同时，避免对工作介质的理化性质和流动特性产生不良影响；必须使过流零部件具备符合核环境使役要求的高表面洁净度(防止铁素体、F、Cl、Ni、Cr等的污染)和高表面完整性，即洁整化制造。核主泵关键零部件的洁整化制造是核主泵制造的核心技术之一，国内仍未解决好其洁整化制造工艺难题。

陶瓷刀具由于具有高硬度、高温下的高强度、高抗蠕变性、高抗氧化性能和高温化学稳定性等特点在新型高技术材料、精密超精密加工中倍受青睐，且通过选择合理的组分、烧结工艺等，可以制备出致密性好、成分纯净、强度及韧性较好的刀具，是洁净化制造的理想刀具之一。目前陶瓷刀具主要有氧化铝基和氮化硅基两种类型。其中，氮化硅基陶瓷刀具在高温条件下与铁反应，容易氧化，并向刀具表面渗透，与此相比，氧化铝基陶瓷刀具具有良好的高温稳定性，更适于洁净化制造。但现有氧化铝基陶瓷刀具大多采用金属结合剂，在切削加工过程中仍有可能引起Ni、Cr等元素污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是研制了不含金属结合剂的新型氧化铝基陶瓷刀具，解决不锈钢304材料的洁整化加工难题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于洁整化加工不锈钢304材料的陶瓷刀具，其特征在于，它包括原料组分、压制、烧结、机械加工，其原料所占质量百分比为：

氧化铝：99.5％-99.9％，优选99.8％；

氧化镁：0.5％-0.1％，优选0.2％；

各原料质量百分比之和为100％；

所述的各组分纯度＞99.99％；粒度尺寸＜4μm。

上述陶瓷刀具的制备方法，包括如下步骤：

1)开模具；

2)陶瓷粉的准备：将质量分数为99.8％的氧化铝和0.2％的氧化镁充分混合，进行球磨和选粒。此过程的主要作用是进一步减小粒度，并使多种料混合充分均匀；

3)压制：先进行干压，压力为40MPa；然后将压制好的陶瓷真空包装后放入等静压机进行等静压处理，压力保持180MPa，保压5min；干压可以采用四柱液压机进行。

4)烧结：将上述压制好的陶瓷进行高温烧结，以1℃/min的速度升温至1650℃，保温120min；然后以3℃/min的速度降温至室温，开炉。

5)机械加工：经过烧结后得到的方形刀片(15.87×15.87×7.94mm³)，要进行一定的机械加工，圆弧半径要达到0.8mm。机械加工全部采用精密磨削来完成，砂轮为金刚石树脂砂轮，采用双面磨削方式。对于弧状的小型刀，采用尖刀弧面向上、工件直立的方式进行磨削，两个砂轮的轴向与工件平行，砂轮的轴向可以前后运动，载有工件的夹具可以前后、上下运动，一次开刃(主要是依靠仿形的方式一次完成开刃)。此过程的作用是防止陶瓷刀具韧性较差，导致切削加工过程中引起崩刃等破坏。