[发明专利]二硼化钛基纳米复合自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷刀具材料研究领域，特别涉及一种纳米复合自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷刀具材料具有很高的硬度、耐磨性能和良好的耐高温性能。向陶瓷材料中添加固体润滑剂制备的自润滑陶瓷刀具材料可以有效地改善陶瓷刀具材料的摩擦性能，使陶瓷刀具材料具备自润滑功能。但是，固体润滑剂对陶瓷刀具材料性能的影响具有两面性：一方面固体润滑剂能在摩擦表面拖敷形成润滑膜，可以改善陶瓷刀具材料的摩擦性能；而另一方面在陶瓷刀具材料中添加固体润滑剂会降低陶瓷刀具材料的力学性能，从而导致其耐磨性能下降。这是目前自润滑陶瓷刀具减摩性能和耐磨性能不能合理兼顾的难题。

纳米复合陶瓷刀具材料是通过在陶瓷基体中添加纳米材料，利用纳米材料的特性，使材料的力学性能有较大的提高。CN101265079A提供了一种纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法。该纳米复合陶瓷刀具材料按体积百分比包括54％～64％的微米Al₂O₃、21％～40.5％的纳米TiC、3.5％～18％的微米WC、0.5％的微米MgO和0.5％的微米NiO。本发明通过向微米级Al₂O₃中添加纳米级TiC颗粒和微米级WC颗粒，并控制纳米级TiC颗粒和微米级WC颗粒的体积含量，以MgO和NiO作为助烧结剂和晶粒生长抑制剂，制备出高力学性能纳米复合陶瓷刀具材料。尽管该类刀具材料力学性能较微米级刀具材料有明显的改善，但刀具在切削过程中由于摩擦系数较高，致使切削温度较高，刀具磨损较快，刀具使用寿命的提高受限。

发明内容

为了兼顾自润滑陶瓷刀具材料的减摩性能和耐磨性能，本发明提供一种二硼化钛基纳米复合自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。

术语说明：h-BN，六方氮化硼。具有类似石墨的层状结构，本发明中作为固体润滑剂。

本发明的技术方案如下：

一种二硼化钛基纳米复合自润滑陶瓷刀具材料，原料组分体积百分比为：

纳米TiB₂10-40%，微米WC5-15%，微米h-BN6-12%，微米Mo1-3%，微米Ni2-5%，其余为微米TiB₂；其中，

所述纳米TiB₂平均粒径为40~80nm，微米TiB₂平均粒径为1-5μm；

所述微米WC、微米h-BN平均粒径均为1~1.5μm；

所述微米Mo、微米Ni平均粒径均为25~45μm；

经热压烧结而成。

其中，优选的，所述纳米TiB₂与微米TiB₂的用量比为1:2~3体积比。

根据本发明，优选的，原料组分体积百分比为：

所述纳米TiB₂的体积百分比为15-25%；所述微米WC的体积百分比为8-12%；所述微米h-BN的体积百分比为8-10%；所述微米Mo的体积百分比为1-2%；所述微米Ni的体积百分比为3-4%；微米TiB₂余量。

根据本发明，进一步优选的，所述二硼化钛基纳米复合自润滑陶瓷刀具材料，原料组分体积百分比为：纳米TiB₂20%，微米TiB₂55%，微米WC10%，微米h-BN10%，微米Mo2%，微米Ni3%。其中，纳米TiB₂、微米TiB₂、微米WC和微米h-BN平均粒径分别为50nm、3-4μm、1μm和1.5μm，微米Mo、微米Ni平均粒径均为38μm（400目）。

上述各组分中，所用的原料均为市售产品，纯度均大于99%。

本发明的二硼化钛基纳米复合自润滑陶瓷刀具材料的制备方法，原料组分比例如上所述，包括步骤如下：

(1)按比例称取纳米TiB₂粉末，以分子量为4000的聚乙二醇（PEG4000）为分散剂，适量无水乙醇为分散介质，配成TiB₂悬浮液，用搅拌器充分搅拌、超声分散20-30min；

(2)按比例称取微米TiB₂粉末、微米WC粉末、微米h-BN粉末分别以适量无水乙醇为分散介质，配成TiB₂悬浮液、WC悬浮液、h-BN悬浮液，再分别用搅拌器充分搅拌、超声分散15-30min；