[发明专利]一种叠层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，尤其是一种叠层自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

TiB₂、TiC具有高硬度、高熔点、耐磨损等优异性能，使其在工业上得到广泛应用，如切削刀具、成型模具和其他耐高温磨损零件，但单一相TiB₂、TiC具有较低抗弯强度与断裂韧性，这极大限制其作为结构材料的应用范围。

金属相和陶瓷相的添加可以改善TiB₂、TiC陶瓷基体的微观结构和力学性能。金属相的添加可以降低TiB₂、TiC基陶瓷的烧结温度，提高烧结性能。TiB₂-TiN复合材料以（Ni，Mo）作为烧结助剂在1530℃进行热压烧结，其相对密度达到99.12%，烧结过程中生成的液相MoNi可以有效润湿晶粒边界并形成连续的边界相，提高质量转移和复合材料致密化程度 ([1] Gu M, Huang C, Zou B, et al. Effect of (Ni, Mo) and TiN on the microstructure and mechanical properties of TiB₂ ceramic tool materials[J]. Materials Science & Engineering A, 2006, 433(1–2):39-44.)，TiC-TiB₂以（Ni，Mo）作为烧结助剂在1450℃进行热压烧结就能达到很高综合机械性能([2] Wang L, Liu H, Huang C, et al. Microstructure and mechanical properties of TiC–TiB₂composite cermet tool materials at ambient and elevated temperature[J]. Ceramics International, 2015, 42(2):2717-2723.)。陶瓷相的添加可以提高TiB₂、TiC基陶瓷力学性能，如Al₂O₃、TiN、WC等，适当的添加相可以抑制基体晶粒异常长大提高复合材料抗弯强度和断裂韧性([3] Song J, Huang C, Zou B, et al. Microstructure and mechanical properties of TiB₂–TiC–WC composite ceramic tool materials[J]. Materials & Design, 2012, 36(9):69-74.)。且TiB₂-TiN在摩擦高温作用下还能氧化生成具有润滑作用的反应膜，提高复合材料的减摩与耐磨性能([4]Ouyang J H, Yang Z L, Liu Z G, et al. Friction and wear properties of reactive hot-pressed TiB₂–TiN composites in sliding against Al₂O₃ ball at elevated temperatures[J]. Wear, 2011, 271(9):1966–1973.)。

引入叠层结构设计思想不仅能保持金属相、陶瓷相提高TiB₂、TiC基陶瓷的机械性能，还能利用叠层材料在高温摩擦作用下的原位反应生成具有润滑作用的反应膜，叠层界面的存在也能延长裂纹扩展路径消耗大量断裂能，且在表层形成的残余压应力围绕裂纹尖端能抑制裂纹的产生和扩展，这都提高了复合材料的断裂/疲劳阻抗，断裂/疲劳阻抗的提高进一步改善了复合材料的抗弯强度与断裂韧性([5] 段振兴. 新型叠层复合陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D]. 山东大学, 2009.)，为解决自润滑刀具材料不能合理兼顾减磨与耐磨性能开辟一条新的途径。

发明内容

本发明的目的在于克服自润滑陶瓷刀具材料不能合理兼顾其减磨性能与耐磨性能的缺陷，提供一种能保持良好润滑性能且具有更高力学性能的叠层自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。