CN102653467A

CN102653467A - 一种陶瓷刀具材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102653467A
Application number: CN2012101320027A
Authority: CN
Inventors: 曾维松
Original assignee: CHENGDU XINSANYANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU XINSANYANG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2012-09-05

Abstract

本发明公开了一种新型陶瓷刀具材料及其制备方法。该陶瓷刀具材料含有Al₂O₃、WC、TiC及稀土添加剂。该陶瓷刀具材料的制备方法包括：步骤1：将Al₂O₃粉末、WC粉末、TiC粉末混合，得到原料混合物；步骤2：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；步骤3：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨100h，得到料浆；步骤4：将上述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；步骤5：将粉料热压成型。该陶瓷刀具材料所制备的陶瓷刀具具有抗弯强度高、断裂韧性大、硬度高、耐磨性能好等明显优势。该方法工艺简单，生产效率高，适合大规模生产。

Description

一种陶瓷刀具材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷刀具技术领域，具体涉及一种陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

Al₂O₃系陶瓷刀具材料以其优异的物理力学性能和切削性能，在金属切削特别是难加工材料加工领域得到了日益广泛的应用。但是，由于陶瓷刀具材料自身固有的脆性，致使其强度和韧性较低，这在一定程度上限制了它的进一步扩大应用。目前，众多学者围绕其补强增韧问题作了大量研究，并已取得较大进展。对于颗粒增强Al₂O₃系陶瓷刀具材料，以TiC、TiN、TiB2、SiC以及WC等硬质材料为增强相，通过各种增韧机制如裂纹偏转、裂纹分支、裂纹桥联、微裂纹及其协同作用等，使其力学性能得到较大改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗弯强度高、断裂韧性大，硬度高，耐磨性能好，抗破损性能强的Al₂O₃系陶瓷刀具材料，该陶瓷刀具材料生产的陶瓷刀具切割更锋利，切口更整齐，用于切削加工生产，能够极大的提高切削速度，并提高抗破损性能约17％～21％。

本发明的另一目的在于，提供一种陶瓷刀具材料的制备方法，以制作具有所述优势的陶瓷刀具，该方法制作工艺简单，生产效率高，可大规模生产。

为实现上述目的，本发明提供的陶瓷刀具材料组成成分包含Al₂O₃粉末、WC粉末、TiC粉末及稀土添加剂。

所述Al₂O₃粉末的直径可为0.8μm；WC粉末的直径可为1.5μm；TiC粉末的直径可为1.5μm。

在上述本发明的配方中，稀土添加剂可为含钇稀土添加剂，其重量可占所述陶瓷刀具材料总重量的0.1％～1.0％。

本发明提供的陶瓷刀具材料制备方法包括：

步骤1：将Al₂O₃粉末、WC粉末、TiC粉末混合，得到原料混合物；

步骤2：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；

步骤3：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨100小时，得到料浆；

步骤4：将所述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；

步骤5：将所述粉料热压成型。

在上述陶瓷刀具材料制备方法中，步骤1所述Al₂O₃粉末、WC粉末、TiC粉末的直径可分别为0.8μm、1.5μm、1.5μm。

所述稀土添加剂可为含钇稀土添加剂，其重量可占所述原料混合物总重量的0.1％～1.0％。

本发明所提供的陶瓷刀具材料的抗弯强度和断裂韧性分别高达853MPa和6.03MPam^1/2，其抗弯强度和断裂韧性明显提高，相应地，其抗破碎性能也更强。

具体实施方式

为进一步本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例进行详细描述。

实施例1：

选择直径为0.8μm Al₂O₃粉末、直径为1.5μm WC粉末、直径为1.5μmTiC粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比0.4％的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨100小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。

采用3点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计Hv-120测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达853MPa和6.03MPam^1/2，材料硬度为19.1GPa。

切削试验在CA6140机床上进行，工件材料为淬硬45钢，硬度44～46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为C0＝-5b，A0＝5b，KS＝-5b，Jr＝75b，bC1C01＝0.2mm(-20b)，rE＝0.3mm(连续切削)，rE＝0.6mm(断续切削)，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高19％。

实施例2：

选择直径为0.9μm Al₂O₃粉末、直径为1.4μm WC粉末、直径为1.5μmTiC粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比0.6％的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨100小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。

采用3点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计Hv-120测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达850MPa和6.04MPam^1/2，材料硬度为19.2GPa。

切削试验在CA6140机床上进行，工件材料为淬硬45钢，硬度44～46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为C0＝-5b，A0＝5b，KS＝-5b，Jr＝75b，bC1C01＝0.2mm(-20b)，rE＝0.3mm(连续切削)，rE＝0.6mm(断续切削)，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高18％。

实施例3：

选择直径为0.9μm Al₂O₃粉末、直径为1.6μm WC粉末、直径为1.7μmTiC粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比1.0％的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨100小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。

采用3点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计Hv-120测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达851MPa和6.05MPam^1/2，材料硬度为19.1GPa。

切削试验在CA6140机床上进行，工件材料为淬硬45钢，硬度44～46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为C0＝-5b，A0＝5b，KS＝-5b，Jr＝75b，bC1C01＝0.2mm(-20b)，rE＝0.3mm(连续切削)，rE＝0.6mm(断续切削)，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高20％。

Claims

1.一种陶瓷刀具材料，其组成成分包括Al₂O₃粉末、WC粉末和TiC粉末，其特征在于，所述陶瓷刀具材料还包括稀土添加剂。

2.根据权利要求1所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述稀土添加剂为含钇稀土添加剂。

3.根据权利要求1所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述含钇稀土添加剂占刀具材料总重量的0.1％～1.0％。

4.根据权利要求2所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述Al₂O₃粉末的直径为0.8μm。

5.根据权利要求4所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述WC粉末和TiC粉末的直径为1.5μm。

6.一种陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：将Al₂O₃粉末、WC粉末和TiC粉末混合，得到原料混合物

步骤2：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；

步骤5：将所述粉料热压成型。

7.根据权利要求6所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述稀土添加剂为含钇稀土添加剂。

8.根据权利要求7所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述含钇稀土添加剂占所述原料混合物总重量的0.1％～1.0％。

9.根据权利要求7所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述Al₂O₃粉末的直径为0.8μm。

10.根据权利要求7所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述WC粉末和TiC粉末的直径为1.5μm。