[发明专利]一种梯度复合刀具材料及制备方法

摘要

一种梯度复合刀具材料，依次由基体层、连接层、第一过渡层、第二过渡层和外耐磨层组成，基体层为WC‑Co，连接层、第一过渡层、第二过渡层以及外耐磨层均为WC‑Co与A1₂O₃‑Co的混合粉体，并且从连接层到外耐磨层，WC‑Co的质量分数呈梯度减少；通过化学镀在WC和A1₂O₃两种粉体表面包覆金属Co，得到WC‑Co和A1₂O₃‑Co两种粉体，并以WC‑Co作为基体层，WC‑Co和A1₂O₃‑Co的混合粉体以不同混合比例分别作为连接层、第一过渡层、第二过渡层和外耐磨层，依次装填在石墨模具内后，于真空条件下均匀加压进行放电等离子烧结，然后断电自然冷却至室温，得到梯度复合刀具材料；该材料具有极好的硬度、耐磨性及低的摩擦系数，一定程度上解决了陶瓷复合材料的“硬度和韧性不可调和的矛盾”。

主权项

1.一种制备梯度复合刀具材料的方法，其特征在于：通过化学镀在WC和A1₂O₃两种粉体表面包覆金属Co，得到WC‑Co和A1₂O₃‑Co两种粉体，并以WC‑Co作为基体层，WC‑Co和A1₂O₃‑Co的混合粉体以不同混合比例分别作为连接层、第一过渡层、第二过渡层和外耐磨层，按照基体层、连接层、第一过渡层、第二过渡层和外耐磨层的顺序，依次装填在石墨模具内后，于真空条件下均匀加压进行放电等离子烧结，然后断电自然冷却至室温，即得到梯度复合刀具材料；在进行装填时，从连接层到外耐磨层， WC‑Co的质量分数呈梯度减少，且从外耐磨层到基体层，每一层占材料总质量的质量分数分别为15%、12.5%、10%、7.5%和55%；所述化学镀所用的镀液中主盐为15~40 g/l的硫酸钴、络合剂为50 g/l的柠檬酸三钠、还原剂为20~60 g/l的次亚磷酸钠、缓冲剂为25 g/l硼酸，配制镀液的方法为：（1）用去离子水溶解硫酸钴，得到溶液a；（2）用去离子水溶解柠檬酸三钠，得到澄清溶液b；（3）将溶液a加入溶液b中，搅拌混合溶液，得到主盐络合溶液c；（4）常温下，用去离子水溶解次亚磷酸钠，搅拌均匀，得到溶液d；（5）将溶液d加入主盐络合溶液c中，边加边搅拌，得到溶液e；（6）用去离子水溶解硼酸，搅拌均匀，得到澄清溶液f；（7）将溶液f加入溶液e中，边加边搅拌，得到镀液；（8）用氢氧化钠调整镀液的PH值为8~11，然后加去离子水定容；连接层、第一过渡层、第二过渡层和外耐磨层中，每一层WC‑Co和A1₂O₃‑Co的混合粉体的配制方法为：按照WC‑Co和A1₂O₃‑Co在所在层中的质量分数，分别取经化学镀处理的WC‑Co粉体和A1₂O₃‑Co粉体，倒入装有去离子水的容器中，混匀得到混合物Ⅰ，去离子水的质量为WC‑Co粉体和A1₂O₃‑Co粉体总质量的7~8倍；对混合物Ⅰ进行超声搅拌，保持混合物Ⅰ的温度为105℃；超声搅拌35min后，按照聚乙二醇和混合物Ⅰ的质量比为1:80，取聚乙二醇加入到混合物Ⅰ中，继续超声搅拌，得到混合物Ⅱ；将所得混合物Ⅱ真空干燥后过筛，得到WC‑Co和A1₂O₃‑Co的混合粉体；在所述放电等离子烧结过程中，装填在石墨模具中的基体层、连接层、第一过渡层、第二过渡层和外耐磨层占梯度复合刀具材料的质量分数依次为55%、7.5%、10%、12.5%和15%。