[发明专利]添加金属包覆纳米固体润滑剂复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种添加金属包覆纳米固体润滑剂复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。该自润滑陶瓷刀具材料是以h‑BN_n@Ni复合粉体作为固体润滑剂，以α‑Al₂O₃作为基体，(W,Ti)C作为增强相，以氧化镁和氧化钇作为烧结助剂，经过湿法球磨混料和真空热压烧结制成；其中，h‑BN_n@Ni复合粉体是将h‑BN_n粉体在粗化液中进行粗化，然后在敏化‑活化液中处理，再在化学镀液中施镀制得。本发明的自润滑陶瓷刀具材料烧结致密度好，h‑BN_n与陶瓷基体的结合强度高，能对自润滑陶瓷刀具材料增韧补强，协同作用提高自润滑陶瓷刀具材料的力学性能和耐磨性能。

技术领域

本发明涉及一种添加金属包覆纳米固体润滑剂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

与高速钢和硬质合金等传统刀具材料相比，陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性好、耐高温和化学惰性好等优点，适用于切削加工高硬度、高强度等难加工材料，被称为21世纪最有应用前途的刀具材料之一。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，产生的大量切削热致使刀具热磨损严重、缩短了其使用寿命。而自润滑陶瓷刀具材料无疑是解决这一问题的有效途径。

传统的自润滑陶瓷刀具材料是将固体润滑剂粉体和陶瓷粉体直接混合，再通过一定的成型和烧结工艺制成块状材料。直接添加固体润滑剂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，刀具材料中的固体润滑剂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、减小刀具热磨损；另一方面，固体润滑剂的强度和硬度低，使得自润滑陶瓷刀具材料的力学性能与未添加固体润滑剂的陶瓷刀具材料相比有大幅下降，不能满足切削高硬度的难加工材料的要求。因此，传统的自润滑陶瓷刀具材料存在着自润滑性能和力学性能不能统一的矛盾,这已成为制约自润滑陶瓷刀具推广应用的瓶颈。

针对上述矛盾，近年来研究者开发了添加金属包覆固体润滑剂复合粉体的新型自润滑陶瓷刀具材料。氟化钙和六方氮化硼是制备自润滑陶瓷材料常用的两种固体润滑剂。中国专利文件CN104962110A公开了一种添加镍硼包覆氟化钙复合粉末的自润滑陶瓷刀具材料；CN106810259A提供了一种添加镍磷合金包覆氟化钙复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料；CN106904947A公开了一种添加镍包覆六方氮化硼复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料。上述专利申请中制备的添加金属包覆固体润滑剂复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料的力学性能显著高于相应的添加未包覆的固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料。然而，上述专利也存在一定的不足，例如微米氟化钙或微米六方氮化硼固体润滑剂对陶瓷基体力学性能的有损，所制备的自润滑陶瓷刀具材料的力学性能仍有待进一步提高。另一方面，包覆金属镍硼和镍磷合金，在自润滑陶瓷刀具材料的烧结过程中，包覆层金属中会产生脆硬的金属间化合物Ni₃B或Ni₃P，导致包覆层金属增韧作用的降低，进而削弱对自润滑陶瓷刀具材料断裂韧性的提高。参见电镀与涂饰，2014,33(20):870-873。虽然包覆金属纯镍不含对包覆层金属增韧作用有害的硼和磷等元素，但是在自润滑陶瓷刀具材料的热压烧结过程中，微米六方氮化硼由于其片状结构而在压力作用下产生定向排列，即其片径平面垂直于热压方向，使得垂直于热压方向的刀具材料表面(S_⊥)的减摩和耐磨性能优于平行于热压方向的表面(S_∥)。参见International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2018,72:276-285。在用自润滑陶瓷刀具材料制作刀具时，一般以S_⊥作为前刀面、以S_∥作为后刀面，或者以S_∥作为前刀面、以S_⊥作为后刀面。因此，微米六方氮化硼的定向排列导致自润滑陶瓷刀具的前、后刀面的减摩耐磨性能相差较大，进而减弱了自润滑陶瓷刀具的切削性能。

发明内容