[发明专利]一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。在金属切削加工过程中，切削液的使用所带来的负面效应越来越明显，污染环境、危害工人身体健康、切削液的处理增加企业的生产成本等。因此，为了消除切削液带来的负面影响，最有效的方法就是取消切削液，进行干式切削加工。由此人们提出了自润滑刀具的概念，即将固体润滑剂添加入刀具中，让固体润滑剂在刀具中弥散分布，使刀具具有自润滑性能，降低摩擦系数，并减少刀具的磨损，提高刀具的使用寿命。

六方氮化硼(h-BN)具有十分优异的化学稳定性，在惰性气氛中2800℃的温度下仍很稳定，还具有良好的润滑性能，是一种优良的固体润滑剂。在陶瓷刀具材料中添加h-BN，可以有效地提高陶瓷材料的润滑性能和抗热震性能，实现减摩抗磨的作用，避免了使用润滑液带来的环境和成本问题。

然而h-BN的力学性能较低，在刀具中弥散分布有可能使得刀具的机械性能变差。为克服这个缺点，人们研制出微池自润滑刀具，涂层自润滑刀具和原位反应自润滑刀具。微池自润滑刀具在刀具—切屑、刀具—工件接触部位设计装填固体润滑剂的微孔来实现自润滑，但是此方法仍对陶瓷刀具的力学性能有不利影响，而且工艺复杂，适用范围有待研究。涂层自润滑刀具是指将固体润滑剂通过涂层的方法直接涂覆于硬质合金刀具表面，从而实现刀具的自润滑功能，但是涂层自润滑刀具存在不适于特别重负荷下的粗加工，低速切削时容易产生剥落、崩碎等问题。原位反应自润滑刀具是指利用切削高温作用下的摩擦化学反应，在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜，从而实现刀具的自润滑。但是此种自润滑刀具仅适用于高速切削，而且很可能在切削过程中降低刀具基体机械强度，加剧刀具磨损。以上三种方法均没有从根本上解决直接在刀具中添加固体润滑剂导致刀具力学性能降低的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法。所得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末添加到自润滑陶瓷刀具材料中，可保证自润滑刀具的力学性能并兼顾刀具的自润滑性能。

本发明技术方案如下：

一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，包括步骤如下：

(1)取一定量的六方氮化硼粉末和分散剂混合于蒸馏水中，配制成悬浮液，并滴加pH缓冲溶液；缓冲溶液pH值为4-5；

所述六方氮化硼粉末与蒸馏水的质量体积比为0.2-0.8g:100mL；分散剂添加量为六方氮化硼质量的3-5％；

(2)将步骤(1)制得的悬浮液超声分散10-15min，并在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到30℃-40℃，使悬浮液分散均匀；得悬浮液I；

(3)将九水硝酸铝溶于蒸馏水中，配制成Al³⁺浓度为0.10mol/L-0.20mol/L的硝酸铝溶液，缓慢滴加到步骤(2)分散均匀的悬浮液中；得悬浮液II；

所述硝酸铝溶液的添加量按照摩尔比BN∶Al＝1∶0.5-1计。

(4)将pH值为6.5-8.5的氨水稀释液缓慢滴加到步骤(3)的悬浮液II中，在30℃-40℃温度下反应，至反应液pH值达到7.0-7.5，停止滴加氨水，继续反应搅拌1.5-2.5小时。得悬浮液III。

(5)将步骤(4)制得的悬浮液III静置10-12小时，将沉淀过滤，离心洗涤，干燥，制得氢氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末；

(6)将步骤(5)制得的氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末置于坩埚中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，烧结温度为1100-1200℃；制得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述六方氮化硼颗粒平均粒径为3-10μm；分散剂为分子量为6000的聚乙二醇。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述pH缓冲溶液添加量为8-15mL/100mL蒸馏水，进一步优选pH缓冲溶液添加量为10-11mL/100mL蒸馏水。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述pH缓冲溶液为乙酸-乙酸钠溶液，pH值为4.5。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述加热温度为35℃。

根据本发明优选的，步骤(3)中所述九水硝酸铝溶液的浓度为0.15mol/L-0.16mol/L；以Al³⁺浓度计。