[发明专利]添加h-BN@Ni核壳结构复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

本发明涉及添加h‑BN@Ni核壳结构复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。所述的自润滑陶瓷刀具材料的各组分质量百分含量为：α‑Al₂O₃25‑45％，(W,Ti)C 50‑70％，镍包覆六方氮化硼复合粉体按h‑BN的质量计2‑10％，MgO 0.4‑1.5％。所述制备方法为：h‑BN粉体的敏化、活化以及化学镀制备h‑BN@Ni复合粉体，分别配制α‑Al₂O₃、(W,Ti)C、h‑BN@Ni悬浮液，经球磨后真空干燥，将得到的混合粉料装入模具，经冷压成型后进行热压烧结。本发明可大幅提高自润滑陶瓷刀具材料的断裂韧性，降低陶瓷刀具材料的烧结温度，节约能源、利于环保。

技术领域

本发明涉及一种添加镍包覆六方氮化硼(h-BN@Ni)核壳结构复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法，属于陶瓷刀具材料技术领域。

背景技术

在现代机械加工技术中，随着各种难加工材料的出现和效率、精度和环保要求的提高，刀具技术越来越成为影响机械制造产业发展的关键因素之一。陶瓷刀具材料与高速钢和硬质合金等传统刀具材料相比，具有高硬度、耐磨损、耐高温和化学稳定性好等优点。然而由于陶瓷材料固有的低韧性和低抗热震性，在高速切削加工过程中对陶瓷刀具不能采用切削液进行冷却润滑，导致切削温度很高，刀具热磨损严重，致使刀具寿命偏低。研制自润滑陶瓷刀具材料是解决这一问题的有效途径。

用于制备自润滑陶瓷刀具材料的固体润滑剂应满足两个基本要求：其一，在刀具材料的烧结温度(一般为1500-1800℃)下，固体润滑剂不发生分解也不与陶瓷基体发生明显的化学反应；其二，在刀具的切削温度(一般为500-1000℃)下，固体润滑剂不与空气和工件材料发生明显的化学反应而失去润滑作用。在常用的固体润滑剂石墨、二硫化钼、六方氮化硼、聚四氟乙烯中，二硫化钼和聚四氟乙烯的分解温度分别为1370℃和415℃，均低于陶瓷刀具材料烧结温度。石墨和六方氮化硼在刀具材料的烧结温度下不发生分解或升华，但石墨在空气中从450℃开始氧化，且随着温度的升高而加剧；六方氮化硼在空气中开始氧化的温度为1000-1100℃。可见，六方氮化硼是用于制备自润滑陶瓷刀具材料比较理想的固体润滑剂。但是，直接添加六方氮化硼对陶瓷刀具材料的力学性能会有不利影响。

传统的自润滑陶瓷刀具材料的制备工艺是将陶瓷粉体和固体润滑剂粉体直接混合，再通过一定的成型和烧结工艺制成块状材料。直接添加六方氮化硼会对陶瓷刀具材料产生两方面的影响：一方面，在切削过程中，刀具材料中的六方氮化硼可在刀具表面形成自润滑膜，从而减小刀具与切屑之间的摩擦系数；另一方面，六方氮化硼的强度和硬度低，在刀具材料中的弥散导致其力学性能下降，进而降低刀具的抗磨损性能。此外，六方氮化硼是一种共价键化合物，在高温下的固相扩散系数低，是一种难以烧结的材料。有文献指出片状的六方氮化硼交叉堆砌形成的卡片房式结构是妨碍含六方氮化硼的复合陶瓷致密化的主要因素，采用适当工艺消除卡片房式结构才能使其获得高致密度，进而使其具有较高的力学性能。在相关工艺中，添加能在烧结过程中产生液相的组分可以促进含六方氮化硼的复合陶瓷的颗粒重排和物质的扩散迁移,有利于消除六方氮化硼的卡片房式结构，故能促进复合陶瓷的致密化。参见硅酸盐学报，1998，26(2)：265-269。