[发明专利]镍硼包覆氟化钙复合粉体、其制备与应用及自润滑陶瓷刀具

说明书

技术领域

本发明涉及镍硼包覆氟化钙复合粉体及其制备方法与应用，属于陶瓷刀具材料技术领域。

背景技术

氟化钙(CaF₂)作为一种固体润滑剂在陶瓷刀具的研制领域中占据着相当重要的地位，其耐高温，耐化学腐蚀，并且在中高温下具有优秀的润滑效果。将氟化钙引入陶瓷刀具的领域中所获得的自润滑陶瓷刀具，可以避免润滑液的使用，实现干摩擦，既保护了环境，又提高了经济效益。由于将氟化钙添加进陶瓷刀具中所制备的自润滑陶瓷刀具已早有先例，所以氟化钙的一些缺点也暴露出来，氟化钙的加入引起自润滑陶瓷刀具的力学性能显著下降，如周文等制备的Al₂O₃/TiB₂/CaF₂自润滑陶瓷刀具，随着氟化钙的添加量的增加，虽然材料的抗摩擦性能提高不少，但是CaF₂的加入却导致了刀具材料的力学性能直线下降，因此，如何提高自润滑陶瓷刀具材料的力学性能，已经成为了竞相研究的重点课题。参见周文.Al₂O₃/TiB₂/CaF₂自润滑陶瓷刀具的研究[D].湘潭：湘潭大学，2014。

为了克服固体润滑剂的缺陷，近年来对于氟化钙固体润滑剂材料本身的改进研究也被关注，例如CN104045351A公开了用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆氟化钙粉末，是以硝酸铝和CaF₂为原料，采用非均匀成核法和真空煅烧法制备。但迄今为止尚未有金属包覆氟化钙固体润滑剂材料的报道。

化学镀能将金属与无机物很好的结合起来。自1950年以来，在各个领域的研究都处于一个比较领先的位置，尤其是在粉体化学镀领域，化学镀可以在保持无机物固有性质的条件下，使其具有金属的特性。但是，粉体巨大的比表面积对镀液的稳定性产生影响，易使镀液分解或者使粉体表面金属包覆不完全，从而得不到预期的效果。

发明内容

针对CaF₂固体润滑剂的添加导致陶瓷刀具力学性能下降的技术难题，本发明提供一种自润滑陶瓷刀具用镍硼包覆氟化钙复合粉体及其制备方法。

本发明还提供镍硼包覆氟化钙复合粉体的应用和一种添加镍硼包覆氟化钙复合粉体的自润滑陶瓷刀具。

本发明的技术方案如下：

一种自润滑陶瓷刀具用镍硼包覆氟化钙复合粉体，该复合粉体具有CaF₂@Ni-B核壳结构，其中，微米级CaF₂为核，Ni-B为壳；

该复合粉体是采用超声波辅助化学镀法，将已活化的CaF₂粉体的悬浊液加入到镍硼化学镀液中，在超声波和搅拌条件下，使镍硼沉积并包覆在微米CaF₂表面制成；

所述镍硼化学镀液的组分包含硫酸镍10-20g/L、乙二胺50-60mL/L、硼氢化钠1-1.5g/L和氢氧化钠30-50g/L。

一种镍硼包覆氟化钙复合粉体的制备方法，包括步骤如下：

(1)配置镍硼化学镀液

将硫酸镍溶液加入到乙二胺溶液中，搅拌均匀，得A液；

将硼氢化钠加入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，得B液；

将上述B液加入到A液中，得镍硼化学镀液；简称镀液；

(2)将已活化的CaF₂粉体加蒸馏水搅拌成悬浊液；将步骤(1)的镀液温度调节在55-75℃，置于超声波中；将含有CaF₂粉体的悬浊液加入到所述镀液中，开始施镀，施镀过程中不断搅拌，直到镀液不再有气泡冒出，停止施镀。

(3)将所得到的悬浊液在1000-4000r/min条件下离心分离5-10min，用蒸馏水清洗1-6次，30-60℃条件下真空干燥，得到以微米CaF₂为核、Ni-B为壳的CaF₂@Ni-B复合粉体材料。

根据本发明上述方法优选的，步骤(1)中A液、B液混合液中，可添加硫脲作为稳定剂，添加量为1-2mg/L。

根据本发明优选的，步骤(1)所述镍硼化学镀液的组分包含硫酸镍10-20g/L、乙二胺50-60mL/L、硼氢化钠1-1.5g/L和氢氧化钠30-50g/L。

本发明所述镍硼化学镀液，以镀液总体积1L计，除了上述的硫酸镍、乙二胺、硼氢化钠、氢氧化钠及稳定剂外，余量为水，或者还有1-2mg/L的稳定剂。

根据本发明步骤(1)所述镍硼化学镀液pH在13-14之间。