[发明专利]具有自修复能力的自润滑陶瓷刀具及其制备方法、修复方法与应用

说明书

本发明涉及自修复刀具技术领域，尤其涉及一种具有自修复能力的自润滑陶瓷刀具及其制备方法、修复方法与应用。按体积百分数计，所述陶瓷刀具包括如下组分：α‑Al₂O₃ 55‑64％，TiC 22‑28％，TiB₂ 5‑10％，h‑BN@Al₂O₃ 5‑10％，MgO 0.5％；所述h‑BN@Al₂O₃是以Al₂O₃包覆在片状纳米h‑BN上形成的核壳结构。该陶瓷刀具中以TiB₂为修复剂，h‑BN@Al₂O₃为固体润滑剂兼修复剂，Al₂O₃为基体，TiC为增强相，MgO为烧结助剂，在TiB₂和h‑BN@Al₂O₃的协同作用下提高了刀具材料的裂纹修复效果和自润滑能力，增强了刀具材料的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及自修复刀具技术领域，尤其涉及一种具有自修复能力的自润滑陶瓷刀具及其制备方法、修复方法与应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

陶瓷刀具材料由于其优异的性能，如耐高温、耐腐蚀、耐磨损和高强度，在过去几十年中受到越来越多的关注和应用。然而，陶瓷刀具材料也存在明显的缺点，如高速干切削过程受机械冲击和热震作用力易产生微裂纹，摩擦系数高、以及对缺陷敏感等。这将导致刀具提前达到失效标准，整个刀片面临报废，造成了极大的资源和经济的浪费。因此若能够兼顾陶瓷刀具优异的切削性能和使用寿命之间的平衡，使陶瓷刀具具有优异切削性能的同时，提高其使用寿命，已成为陶瓷刀具研发中迫切需要解决的问题。

针对上述问题，近年来研究者开发了自修复陶瓷和自润滑陶瓷。通过向陶瓷基体中添加具有特定功能的组分，使刀具材料具有裂纹修复与自润滑的功能。从而满足干切削加工需求。

自修复陶瓷材料是通过向陶瓷基体添加特定修复剂，当材料产生裂纹时，通过适当处理使裂纹愈合，从而恢复材料强度，延长其使用寿命。例如：有研究公开了一种裂纹自愈合陶瓷材料的制备方法。上述研究中制备的自修复陶瓷是通过在高温有氧环境下热处理，利用SiC的氧化产物SiO₂对裂纹进行修复愈合。但是SiC氧化时产生C的气体氧化物，不利于材料强度的提升。

自润滑陶瓷是通过向陶瓷基体添加固体润滑剂，从而使材料具有自润滑能力。但是由于固体润滑剂本身力学性能较差，直接添加到陶瓷基体将对材料力学性能产生致命影响。近年来部分研究学者设计开发了添加包覆型固体润滑剂的新型自润滑陶瓷刀具材料。具体方法是通过在固体润滑剂表面改性包覆一层强度较高的材料，然后添加到陶瓷基体中制备自润滑陶瓷材料。有研究公开了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及其制备方法。然而，本发明人研究发现：该镍磷合金包覆层与基体材料存在物理性或化学性差异，在后续烧结过程中易产生残余应力，降低材料强度。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出一种具有自修复能力的自润滑陶瓷刀具及其制备方法、修复方法与应用，通过添加修复剂硼化钛(TiB₂)和包覆型固体润滑剂(h-BN@Al₂O₃)制备的具有自修复能力的自润滑陶瓷刀具材料具有良好的裂纹修复能力和润滑效果。为实现上述目的，本发明的技术方案如下。