[发明专利]梯度自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷刀具材料及其制备方法，特别涉及一种梯度自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

自润滑刀具作为切削加工中的有效润滑技术之一，已经引起切削加工研究工作者的广泛关注。所谓自润滑刀具是指刀具材料本身具有减摩、耐磨和润滑功能，可在无外加润滑液或润滑剂的条件下实现自润滑切削加工。

中国专利文件CN1583660A提供一种自润滑陶瓷刀具材料，其特征是将CaF2固体润滑剂添加到Al₂O₃/TiC陶瓷刀具材料中形成Al₂O₃/TiC/CaF₂陶瓷复合刀具材料，利用固体润滑剂摩擦系数低的特点，使陶瓷刀具在切削加工时在刀具表面形成连续的固态润滑层，在刀具表面形成具有润滑作用的反应膜，从而实现刀具本身的自润滑功能，可应用于干式切削和难加工材料的切削加工。

实际上，固体润滑剂对刀具性能的影响有两个方面：一方面固体润滑剂能在摩擦表面拖敷形成润滑膜，从而改善摩擦界面的接触状态，减小摩擦，提高刀具寿命；而另一方面固体润滑剂在刀具材料中的弥散会导致材料的力学性能降低，从而导致耐磨性能下降，刀具寿命降低。这是目前自润滑刀具材料的弱点和难题，因此，如何兼顾固体润滑剂的减摩作用和刀具材料力学性能之间的平衡，使之既能具有高的减摩性能，又能具有良好的耐磨性能，这是关系自润滑刀具应用的关键技术问题，也是目前自润滑刀具研究亟待解决的难题。

发明内容

为了克服已有技术的不足之处，本发明提供一种梯度自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法，本发明提供的是一种兼具高减摩和高耐磨性能的新型梯度自润滑陶瓷刀具。

本发明的陶瓷刀具材料，是一种以梯度方式添加固体润滑剂氟化钙的碳化钛-氧化铝梯度自润滑陶瓷刀具材料。

本发明的技术方案如下：

一种梯度自润滑陶瓷刀具材料，是以α-Al₂O₃为基体，添加TiC作为增强相，以氟化钙(CaF₂)为固体润滑剂，以氧化镁(MgO)作为烧结助剂，经分层铺填、热压烧结而成；各层的原料组分体积百分含量为：TiC 20-70％，CaF₂0-20％，MgO 0.2-1.2％，余量为α-Al₂O₃；其中，以梯度方式添加固体润滑剂CaF₂，使所述自润滑刀具材料各层组分以中间层对称、具有(2n-1)层的梯度结构，其中n为整数且3≤n≤6。相对中间层对称的层中的组分及含量相同，且厚度对称分布。

当中间层的CaF2含量为0时，由表面层到中间层：所述CaF₂的体积百分含量逐层以2-6％降低，所述α-Al₂O₃的体积百分含量逐层以1-3％增加，所述TiC的体积百分含量逐层以1-3％增加，MgO含量不变；

当中间层的CaF2含量为7-10％时，由表面层到中间层：所述CaF₂的体积百分含量逐层以2-4％降低，所述α-Al₂O₃的体积百分含量逐层以4-17％增加，所述TiC的体积百分含量逐层以2-13％降低，MgO含量不变。

以上所述的由表面层到中间层组分含量逐层降低或增加均是等差降低或增加。

当n为3、4、5、6时，刀具材料的层数(2n-1)为5、7、9、11，参见图1。

根据本发明优选的，各层的原料组分含量为：

优选的，所述TiC的体积百分含量为30-60％。

优选的，所述CaF₂的体积百分含量为0-15％。

优选的，所述MgO的体积百分含量为0.4-1.0％。

优选的，上述各组分中，所用的原料均为市售产品，其中α-Al₂O₃粉末、TiC粉末平均粒径均为1μm，CaF₂粉末平均粒径为0.5μm，纯度均大于99％。

根据本发明优选的，各层的厚度范围为0.4-1.5mm。各层厚度相等或从中间层向外依次减小，本领域技术人员根据设计需要确定。

根据本发明，所述梯度自润滑陶瓷刀具材料的制备方法，依据各层的原料组分配比，分别配制(2n-1)组混合粉料，各层混合粉料的配制步骤如下：