[发明专利]多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属机械制造领域，特别涉及多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法。

背景技术

在目前的刀具材料中，新型纳米复合刀具材料，特别是陶瓷基纳米复合刀具材料由于具有较高的硬度、耐磨性、耐高温性和较好的化学稳定性等独特性能，在高速切削加工领域得到广泛应用。专利号为89108322.7的中国专利，公开了一种ZrO₂增强Al₂O₃基复合陶瓷材料，该材料具有良好的化学稳定性。另外，由于Al₂O₃在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的1/5，在加工中不易与铁基工件材料发生粘结扩散，因此，在加工铸铁类工件材料方面具有较强优势。但是，Al₂O₃基陶瓷的强度、断裂韧度、导热系数和抗热震性较低的缺点限制了其应用范围，在切削加工时容易发生破损，致使刀具寿命大幅降低。如邓建新(Deng Jianxin，Liu Lili，Liu Jianhua，etal.Failure mechanisms of TiB₂particle and SiC whisker reinforced Al₂O₃ ceramic cutting tools when machining nickel-basedalloys.International Journal of Machine Tools and Manufacture，45(2005)：1393-1401)等人开发的TiB₂和SiC增强Al₂O₃基陶瓷刀具材料，在加工镍基合金时，由于强度和断裂韧性较低，寿命较短。另外，陶瓷基刀具材料的导电性较差，在焊接刀具的加工中存在严重缺陷，其应用范围受到限制。专利号为02139711.2的中国专利，公开了一种WC基(WC-Co)硬质合金，该材料具有较好的可加工性、较高的强度和断裂韧性，以及较高的导热率而被广泛应用，但是由于粘结剂金属Co的软化点温度较低，导致刀具材料在高速切削中出现过早软化现象。同时，Co的化学活性较高，在高温下极易与其它元素发生反应，导致刀具出现严重扩散。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有刀具材料的不足，将硬质合金刀具和WC基纳米复合刀具材料的优势结合起来，提供一种具有高硬度、高强度、高韧性和具有良好高温稳定性的多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法。

本发明是通过以下方式实现的：

多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征包括以下步骤：

(1)纳米复合粉体的分散：首先以分子量为3000～5000的聚乙二醇为分散剂，以去离子水为分散介质，配制聚乙二醇质量分数为0.1～0.4％的水溶液；将粒度为2微米的VC粉末加入到配制的溶液中，配成0.1～0.4％wt％的悬浮液，超声搅拌分散；按照同样的方法，将粒度为1微米的TaC放入该溶液，配成含TaC质量分数为0.15wt％的悬浮液，超声并机械搅拌分散；将悬浮液的PH值调整为8.5～9.5，使悬浮液呈碱性，将纳米ZrO₂和纳米Al₂O₃粉末放入配制好的悬浮液中超声搅拌分散；分散搅拌中将混合液的温度加热至100℃。

(2)配方及混料：按质量百分比为5～20wt％纳米ZrO₂、1～8％wt纳米Al₂O₃、72～94wt％微米WC、0.2～5wt％微米VC和0.1～0.3wt％微米TaC配料，将微米WC和纳米ZrO₂及Al₂O₃与步骤(1)配制好的VC和TaC悬浮液进行混合，在混料桶中球磨60～72小时，再经过真空干燥、过筛，得到分散良好的纳米复合粉料WC+ZrO₂+Al₂O₃(WZA)；按质量百分比为90～94wt％微米WC和6～8wt％微米Mo进行配料，将其与步骤(1)配制好的VC和TaC悬浮液进行混合，在混料桶中高速球磨48～72小时，再经过真空干燥、过筛，得到分散良好的硬质合金粉料WC+Mo(WM)。