[发明专利]一种Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2自润滑叠层陶瓷拉拔模具材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料，尤其是一种Al₂O₃-TiC/Al₂O₃-TiC-CaF₂自润滑叠层陶瓷拉拔模具材料。

背景技术

拉拔模具作为各种金属线材生产厂家拉制线材的一种非常重要的易消耗性模具。在拉拔加工过程中，拉拔模具工作区和定径区连续与被加工线材接触，发生剧烈滑动摩擦，接触区处于高温、高压状态。发生在拉拔模具上的磨损会造成拉拔模具损坏而失效，使拉拔加工无法进行；发生在线材上的剧烈摩擦磨损严重影响到被拉拔线材的尺寸精度和表面质量。因此其加工精度、耐用性、耐磨性等指标对产品的质量和成本有着举足轻重的作用。这就要求拉拔模具材料具有足够的机械性能和优良的摩擦学性能。

目前在实际的生产加工过程中，使用的拉拔模具主要有硬质合金模、天然金刚石模、聚晶金刚石模、CVD金刚石模等。但是，由于拉拔模具材料的性质以及加工成本等的因素， 以上几种模具材料制作的拉拔模具均具有一定的局限性：

硬质合金是由WC和Co经高温烧结而成。拉丝过程中，金属钴容易与被拉线材在某些区域发生“微观热焊合”产生粘着磨损或者发生塑性形变，导致模具磨损失效，模具的使用寿命短。此外，硬质合金原材料使用大量的稀有金属，且回收率低，对我国自然资源造成了很大的浪费。

天然金刚石的脆性较大，抗冲击性能差，而且硬度具有各向异性，做拉丝模时易因磨损不均匀而出现椭圆现象且较难加工，一般用于制造直径1.2mm以下的拉丝模。此外，天然金刚石在自然界中存量稀少，价格昂贵。

聚晶金刚石的晶粒较粗大，拉伸细丝的表面光洁度无法和天然金刚石相比，多用于一些光洁度要求不高的生产加工中。而且，聚晶金刚石本身是由金刚石单晶颗粒与粘结剂烧结而成，在拉丝过程中，因温度变化而产生的热胀冷缩会使模具内部产生变形，促使模具磨损加快。

CVD涂层拉丝模的制作工艺复杂，加工困难，成本较高；当涂层磨耗后模具将迅速磨损，不仅难以保证加工质量，而且不能重复使用，只能报废。

基于以上几种材料的使用局限性和拉拔模具的使用要求，陶瓷材料所具有的比硬质合金高的硬度和耐磨性，化学稳定性强，不易与金属发生粘结，制作成本低廉等优点，成为制作拉拔模具的优良材料。但是陶瓷材料的韧性差、在干摩擦条件下的摩擦因数高（0.8~1.0）等因素限制了其广泛应用。因此急需一种既有足够硬度又有较低摩擦系数和磨损率的新型陶瓷材料。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种Al₂O₃-TiC/Al₂O₃-TiC-CaF₂自润滑叠层陶瓷拉拔模具材料，其具有足够的硬度又有较低摩擦系数和磨损率，用其制造的拉拔模具寿命高，耐磨性好且价格低廉，拉拔加工的线材表面质量好。 

本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种Al₂O₃-TiC/Al₂O₃-TiC-CaF₂自润滑叠层陶瓷材料的制备方法，通过该方法可制得上述材料。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种Al₂O₃-TiC/Al₂O₃-TiC-CaF₂自润滑叠层陶瓷拉拔模具材料，包括按体积比为1:1的Al₂O₃-TiC层陶瓷和Al₂O₃-TiC-CaF₂层陶瓷，其中：

Al₂O₃-TiC层陶瓷材料组成成分的体积百分数为：氧化铝40 ~45%，碳化钛50 ~55%，钼0.5 ~1%，镍5 ~10%，氧化镁和氧化钇0 ~5%；

Al₂O₃-TiC-CaF₂层陶瓷材料的组成成分的体积百分数为：氧化铝30 ~35%,碳化钛55 ~60%，氟化钙10 ~15%。

上述Al₂O₃为α- Al₂O₃。

上述氧化镁与氧化钇的体积比为1:9。