[发明专利]Al2O3/TiC/VN自适应织构梯度陶瓷刀具及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种Al₂O₃/TiC/VN自适应织构梯度陶瓷刀具及其制备工艺，属于机械切削刀具制造技术领域。本发明所制备的陶瓷刀具由Al₂O₃、TiC、VN组成，具有梯度分层结构，层数为五层，VN含量由内层向外层逐渐增加，在刀具前刀面加工有微织构。本发明利用VN在切削过程中产生的切削热发生高温摩擦化学反应，生成具有自润滑功能的V的氧化物；刀具前刀面加工的沟槽型的微米织构可以捕捉磨屑，减少磨粒磨损，存储VN的高温氧化产物，提高刀具的自润滑性能。本发明所制备的陶瓷刀具，具有较高的硬度，较高的强度，在高温切削加工中使用时具有较低的摩擦系数，可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别是指一种Al₂O₃/TiC/VN自适应织构梯度陶瓷刀具及其制备工艺。

背景技术

随着人们环保意识的提高，人们逐渐认识到切削液的使用不仅污染环境，增加生产成本，并对工人健康带来伤害。因此，使用干切削加工技术便可以避免使用切削液带来的危害。但是，由于干切削加工过程中没有了切削液的冷却及润滑，对刀具有了高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等更高的要求。

Al₂O₃基陶瓷刀具具有高硬度、高耐磨性和良好的抗氧化性，可广泛应用于难加工材料的切削加工。TiC基金属陶瓷刀具在高温条件下具有良好的机械性能，密度小，但是韧性较低。通过在Al₂O₃基陶瓷刀具中加入TiC第二相粒子，可以通过弥散增韧机理提高Al₂O₃基陶瓷刀具的韧性，从而更适用于难加工材料的切削加工。将刀具设计成梯度结构，可以改善刀具的内应力状态，从而提高刀具的机械性能。

VN在高温条件下可以与环境空气中的氧气反应生成一系列具有自润滑作用的V的氧化物，且随着温度的升高，可生成V₂O₅，当温度超过685℃时，V₂O₅开始融化，变成液态相，在VN表面生成一层含有V₂O₅等V的氧化物的釉质层，从而使VN表面具有较低的摩擦系数。

在摩擦表面加工出具有一定形貌的织构形貌，可以捕捉磨粒磨损产生的磨屑，存储润滑剂，减小接触面积，从而减小摩擦副间的摩擦系数，改善摩擦副间的摩擦条件。激光加工由于加工效率高，不需要对工件进行固定装夹，没有刀具的损耗，加工精度高，因此被广泛应用于织构加工中。

中国专利(申请号：201010220319.7)公开了一种梯度纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法，该发明中的刀具材料具有对称梯度层次结构，所使用的刀具材料为Si₃N₄、Al₂O₃、AlN、TiCN、Y₂O₃，所发明的梯度纳米复合陶瓷刀具具有良好的力学性能；中国专利(申请号：201010215916.0)公开了一种硼化锆-碳化钨钛自润滑复合陶瓷材料，通过硼化锆在高温摩擦作用下生成具有自润滑作用的B₂O₃氧化产物实现复合材料的自润滑功能；中国专利(申请号：201210447210.6)公开了一种微纳复合织构自润滑陶瓷刀具及其制备工艺，采用激光加工技术在前刀面加工微米级织构，在负倒棱上加工出纳米级织构，并分别在微米级织构与纳米级织构中填充固体润滑剂，通过微纳复合织构与固体润滑剂的双重作用实现刀具的自润滑。

发明内容

本发明的目的是提供一种Al₂O₃/TiC/VN自适应织构梯度陶瓷刀具及其制备工艺，该陶瓷刀具不仅能改善刀具内应力分布，提高刀具机械性能，而且具有优良的自润滑和抗磨损性能；同时本发明的制备工艺操作简单，具有极大的工业化潜力。