[发明专利]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

说明书

本发明涉及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及其制备方法。所述自润滑陶瓷刀具材料的组分为：α‑Al₂O₃30‑48％，(W,Ti)C 42‑66.5％，CaF₂@Ni‑P按CaF₂的质量计3‑12％，MgO 0.4‑1.5％。其中，CaF₂@Ni‑P的制备包括：CaF₂粉体清洗后先进行粗化，粗化后的CaF₂粉体加入敏化‑活化液超声震荡，然后加于pH值8.5‑9.5、35‑45℃超声震荡条件下进行化学镀制得。本发明还提供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的制备方法。本发明包覆层镍磷合金可改善自润滑陶瓷刀具材料的显微结构；对自润滑陶瓷刀具材料增韧补强。

技术领域

本发明涉及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及其制备方法,属于陶瓷刀具材料技术领域。

背景技术

随着工业制造技术的进步，机械加工技术正朝着高效率、高精度和绿色化等方向发展。刀具是影响机械加工的效率、精度和成本的关键因素之一。与高速钢和硬质合金等传统刀具材料相比，陶瓷刀具材料具有高硬度、耐磨损、耐高温和化学稳定性好等优点。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宜采用切削液进行冷却润滑，导致切削温度很高，刀具热磨损严重，致使刀具寿命偏低。开发和应用自润滑陶瓷刀具材料是解决这一问题的有效途径。

传统的自润滑陶瓷刀具材料的制备工艺是将陶瓷粉体和固体润滑剂粉体直接混合，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；另一方面，固体润滑剂的强度和硬度低，在刀具材料中的弥散导致其力学性能下降，进而降低刀具的抗磨损性能。有文献报道了分别添加MoS₂、h-BN、CaF₂三种固体润滑剂的Al₂O₃/TiC基自润滑陶瓷材料。对于Al₂O₃/TiC/MoS₂自润滑陶瓷材料，MoS₂在热压过程中发生分解，并使材料产生较多的气孔，导致了很低的力学性能；对于Al₂O₃/TiC/h-BN自润滑陶瓷材料，h-BN在热压过程中与Al₂O₃发生化学反应生成AlN，导致大量裂纹的产生，大大降低了材料的力学性能；对于Al₂O₃/TiC/CaF₂自润滑陶瓷材料，CaF₂在烧结过程中没有发生明显的化学反应，但其力学性能仍比未添加固体润滑剂的Al₂O₃/TiC陶瓷材料有较大幅度降低。参见材料科学与工艺，2006,14(1):5-8。由此可见，直接添加固体润滑剂的传统自润滑陶瓷刀具材料难以实现自润滑性能和力学性能的统一。

为了克服固体润滑剂的缺陷，近年来对于包覆的氟化钙固体润滑剂材料的改进研究也不断有披露，例如CN104045351A公开了用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆氟化钙粉末，是以硝酸铝和CaF₂为原料，采用非均匀成核法和真空煅烧法制备，用于制备自润滑刀具材料；CN104045325A公开了一种添加包覆型氟化钙粉末的自润滑刀具材料，是将表面包覆氢氧化铝的氟化钙粉末与氧化铝、碳化钨钛、氧化镍和氧化镁粉末球磨混合并热压烧结制成的Al₂O₃/(W,Ti)C/CaF₂自润滑刀具材料。然而，以上的CN104045351A和CN104045325A公开的包覆型氟化钙粉末的包覆层材料是陶瓷，对所制备的自润滑陶瓷刀具的硬度和抗弯强度的改善作用较大(分别提高21.7％和10.7％)，对断裂韧性的改善作用较小(提高8％)。而相比抗弯强度和硬度，陶瓷刀具材料的断裂韧性是制约其推广应用的更重要因素，提高陶瓷刀具材料的断裂韧性已成为本行业的一大技术难题。