一种添加h-BN@Al制造技术

本发明专利技术涉及一种添加h‑BN@Al

【技术实现步骤摘要】
一种添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法
本专利技术涉及一种添加氧化铝包覆片状纳米六方氮化硼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

技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。与硬质合金等传统金属刀具材料相比，陶瓷刀具材料由于其优异的性能，如耐高温、耐腐蚀、耐磨和高强度等，在过去的几十年里吸引了越来越多的关注和应用。然而由于陶瓷材料本身干摩擦系数大，在高速切削加工过程中，如果不采用切削液进行冷却润滑，将产生大量的切削热并使刀具磨损严重，减少刀具的使用寿命。而自润滑陶瓷刀具成功解决了这一问题，拓宽了陶瓷材料的应用范围。传统自润滑陶瓷刀具是通过将固体润滑剂之间添加到陶瓷基体材料中制备而成。直接添加固体润滑剂对陶瓷刀具材料有两方面影响：一方面固体润滑剂的添加将使得陶瓷刀具具有润滑效果，在干切削实验过程中固体润滑剂在刀具摩擦表面析出形成润滑膜，从而降低工件与刀具之间的摩擦系数，减小刀具磨损量；另一方面由于固体润滑剂本身力学性能较差，直接添加到陶瓷基体将对材料力学性能产生致命影响，不能满足切削难加工材料的需求。针对以上矛盾，近年来部分研究学者设计开发了添加包覆型固体润滑剂的新型自润滑陶瓷刀具材料。具体方法是通过在固体润滑剂表面改性包覆一层强度较高的材料，然后添加到陶瓷基体中制备自润滑陶瓷材料。例如：有研究公开了添加包覆型氟化钙粉末的自润滑刀具材料的制备方法；有研究公开了一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆氟化钙粉末及其制备方法；还有研究公开了一种镍包覆六方氮化硼复合粉体的制备方法。上述研究中制备的添加包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料力学性能明显高于直接添加固体润滑剂的材料。然而专利技术人发现该方法存在一定不足，如微米级包覆粉体在纳米材料基体内容易降低材料整体力学性能，包覆层材料与基体材料存在物理性或化学性差异，在烧结过程中容易产生残余应力，不利于材料强度的提升等。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供了一种添加氧化铝包覆片状纳米六方氮化硼复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。本专利技术通过添加氧化铝包覆片状纳米六方氮化硼复合粉体制备的自润滑陶瓷刀具材料具有良好的力学性能，包覆粉体与基体材料结合度良好，并且具有良好的烧结致密性。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面，提供了一种添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料，由以下重量份的原料组成：α-Al2O340-75份，TiC20-45份，h-BN@Al2O30-20份，MgO0.2-1份；其中，h-BN@Al2O3以片状纳米h-BN为核，Al2O3为壳，采用非均匀成核法制备。本专利技术在纳米片状h-BN表面包覆的物质为Al2O3，这与陶瓷基体Al2O3/TiC相匹配，在热压烧结过程中具有良好物理和化学相容性，使包覆粉体能够跟基体材料良好的结合在一起，从而提升陶瓷材料的综合力学性能。本专利技术的第二个方面，提供了一种添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料的制备方法，包括：将α-Al2O3悬浮液与TiC悬浮液混合，加入MgO粉体，混合均匀，得到混合悬浮液；将所述的混合悬浮液进行球磨，再向其中加入h-BN@Al2O3的悬浮液，继续球磨，得到球磨液；将所述球磨液干燥、冷压、热压烧结，即得。本专利技术通过非均匀成核法制备了具有壳核结构的h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂代替h-BN，并将其添加到陶瓷基体中制备了自润滑陶瓷刀具材料。一方面对纳米片状h-BN进行改性包覆可以提高其分散效果，同时改善自润滑陶瓷刀具结构致密性。另一方面对h-BN的改性包覆可以显著改善其力学性能，进而增强自润滑陶瓷刀具材料的力学性能和耐磨性能。本专利技术的第三个方面，提供了任一上述的添加包覆型固体润滑剂的Al2O3/TiC/h-BN@Al2O3陶瓷刀具材料在航空航天、汽车及武器装备制造中的应用。由于本专利技术制备的陶瓷刀具材料具有较优的力学性能和耐磨性能及自润滑性能，因此，有望在航空航天、汽车及武器装备制造中得到广泛应用。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过非均匀成核法制备了具有壳核结构的h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂代替h-BN，并将其添加到陶瓷基体中制备了自润滑陶瓷刀具材料。一方面对纳米片状h-BN进行改性包覆可以提高其分散效果，同时改善自润滑陶瓷刀具结构致密性。另一方面对h-BN的改性包覆可以显著改善其力学性能，进而增强自润滑陶瓷刀具材料的力学性能和耐磨性能。(2)本专利技术在纳米片状h-BN表面包覆的物质为Al2O3，这与陶瓷基体Al2O3/TiC相匹配，在热压烧结过程中具有良好物理和化学相容性，使包覆粉体能够跟基体材料良好的结合在一起，从而提升陶瓷材料的综合力学性能。(3)本专利技术的方法简单、成本低、实用性强，易于推广。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为实施例未包覆粉体与包覆粉体的微观形貌图：(a)h-BN透射图(b)h-BN@Al(OH)3透射图(c)h-BN@Al2O3扫描电镜图；图2为实施例1200℃煅烧后的h-BN@Al2O3包覆粉体XRD图谱；图3为实施例1制备的添加5vol％h-BN@Al2O3包覆粉体的自润滑陶瓷刀具材料断口处SEM照片。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。一种添加氧化铝包覆片状纳米六方氮化硼复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料，以α相氧化铝(α-Al2O3)作为基体，以碳化钛(TiC)作为增强相，以氧化镁(MgO)为烧结助剂，以h-BN@Al2O3包覆粉体为固体润滑剂，经过湿法球磨混料和真空热压烧结制备而成；各组分的体积百分数含量为α-Al2O340-75％，TiC20-45％，h-BN@Al2O30-20％，MgO0.2-1％；其中h-BN@Al2O3包覆粉体是以片状纳米h-BN为核，Al2O3为壳的复合结构，通过以下方法制备；(1)称取0.05-0.5g的纳米h-BN粉体于强酸溶液中酸洗10-30min，然后离心分离，用无水乙醇清洗后分散于100-500mL的无水乙醇溶液中。添本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种添加h-BN@Al

【技术特征摘要】
1.一种添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：α-Al2O340-75份，TiC20-45份，h-BN@Al2O30-20份，MgO0.2-1份；
其中，h-BN@Al2O3以片状纳米h-BN为核，Al2O3为壳，采用非均匀成核法制备。


2.如权利要求1所述的添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：α-Al2O340-60份，TiC20-35份，h-BN@Al2O30-10份，MgO0.2-0.6份。


3.如权利要求1所述的添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：α-Al2O360-75份，TiC35-45份，h-BN@Al2O310-20份，MgO0.6-1份。


4.如权利要求1所述的添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，所述α-Al2O3粉体平均粒径为0.2-1μm；
或，TiC粉体平均粒径为0.5-1μm；
或，MgO粉体平均粒径为0.5-2μm；
或，h-BN粉体平均粒径为30-300nm。


5.如权利要求1所述的添加h-BN@Al2O3包覆型固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料，其特征在于，所述非均匀成核法的具体步骤包括：
将纳米h-BN...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈照强，季良刚，许崇海，肖光春，衣明东，张静婕，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37