[发明专利]一种添加包覆粉体的陶瓷刀具及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种添加包覆粉体的陶瓷刀具及其制备方法和应用。所述陶瓷刀具的各原料的体积份数为纳米CaF₂@SiO₂包覆粉体5‑15份、Al₂O₃59‑66份、TiC 25.53‑28.35份和MgO 0.1‑2份，Al₂O₃和TiC体积比的比例为5～8:3；与传统的陶瓷刀具制备方法相比，针对纳米粉体容易团聚的问题，采用了多次分散的方式。为了防止过长的球磨过程对包覆粉体的结构造成破坏，本发明在球磨后期加入纳米包覆粉体时，采用分散剂和超声分散的方式对纳米包覆粉体进行分散后加入球磨罐中。避免了纳米包覆粉体的聚集，从一定程度上提升了刀具性能。

技术领域

本发明属于陶瓷刀具技术领域，具体涉及一种添加包覆粉体的陶瓷刀具及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分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。

高速干切削技术在切削过程中不使用切削液，对环境不造成污染，是一种新兴的绿色加工技术。但是高速干切削过程中缺少起到润滑和冷却作用的切削液，会导致切削过程中切削力增大、切削温度升高、切削热增高，引起加工工件表面质量的恶化。因此，高速干切削加工的工况条件对切削刀具的性能提出了更高要求，即刀具既要有较高的高温硬度，能在高温下保持较高的切削能力；又要有较高的断裂韧性，承受切削过程中较高的切削力。自润滑陶瓷刀具适应于高速干切削对刀具的要求，降低刀具与加工工件的摩擦，最终实现切削力和切削热的降低。

自润滑刀具实现自润滑主要有三种方式：一是向刀具基体中直接添加固体润滑剂，这种直接添加固体润滑剂的方式通过固体润滑剂在切削过程中析出形成润滑层的形式，降低了刀具与工件之间的摩擦，实现刀具的自润滑。贾孝伟通过真空热压烧结制备了不同纳米氟化钙(CaF₂)添加量的Al₂O₃/TiB₂/CaF₂自润滑陶瓷刀具。切削试验表明：添加10vol.％CaF₂的自润滑陶瓷刀具的前刀面摩擦系数为0.29，切削温度为262℃，相比于添加1vol.％CaF₂的陶瓷刀具，前刀面摩擦系数降低了57.5％，切削温度降低了12.7％，参见贾孝伟,冯益华,石鹏辉,等.纳米改性Al₂O₃/TiB₂/CaF₂自润滑陶瓷刀具的切削试验研究[J].现代制造工程,2018(01):98-103。二是利用刀具材料本身的组分在切削过程中产生化学反应，生成具有润滑作用的反应膜，达到刀具的自润滑效果。李彬制备了以Al₂O₃为基体、硼化锆(ZrB₂)为增强相、氧化锆(ZrO₂)为弥散相的原位反应自润滑陶瓷刀具材料，其自润滑机理主要为ZrB₂原位反应后生成了ZrO₂和B₂O₃，参见李彬.原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究[D].山东大学,2010.。三是利用特种加工技术在刀具表面制备涂层和微织构等，将固体润滑剂引入到刀具表面，实现陶瓷刀具的自润滑。连云崧使用二硫化钨(WS₂)作为刀具软涂层和微纳织构结合起来，制备了软涂层微纳织构自润滑刀具。切削试验表明，WS₂软涂层微纳织构自润滑刀具与传统的硬质合金刀具相比，三向切削力下降了10～44％，切削温度下降了12～16％，平均摩擦系数下降了10～25％。软涂层微纳织构自润滑刀具有效的降低了已加工表面的粗糙度，提高了刀具寿命，参见连云崧.软涂层微纳织构自润滑刀具的制备及其切削性能研究[D].山东大学,2014.但是，现有技术中在添加固体润滑剂后，会带来陶瓷刀具的力学性能降低的问题。

发明内容