一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺制造技术

本发明专利技术提供一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，包括粉原料预压成型→刀片雏形冲压→低温热处理→热压振动烧结→打磨初片→石墨烯溶液配制→雾化喷涂→干燥热处理→冷却→再加热处理；本发明专利技术采用氧化锆和稀土氧化物结合的原料铸造，其陶瓷刀具的强度更高，不易断裂；其中，刀具基体表面喷涂出一层石墨烯作为润滑层，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料。石墨烯具有优异的物理力学性能，断裂强度达到42N/m

【技术实现步骤摘要】
一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺
本专利技术属于刀具制备
，更具体地说，它涉及一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺。
技术介绍
在制造业中金属切削成型是最主要的加工手段之一，其直接的执行者就是刀具，为了减少切削液对环境的污染，提高加工精度及加工效率，干切削和高速切削技术就尤为重要。涂层刀具在一定程度上很好的解决了硬度和韧性之间的矛盾关系，使刀具表面具有高的硬度和高的耐磨性的同时保持了刀具基体良好的韧性。常见的高硬度的耐磨化合物涂层材料为TiC、TiN、TiCN，虽然相比于普通刀具来说，具有上述涂层材料的刀具的硬度和韧性均有所提升，但是刀具的摩擦系数并未明显降低，在诸如灰铸铁等加工量大且加工精度要求高的切削生产中，由于摩擦系数较高，使得刀具磨损消耗大，使用寿命短，增加了企业的生产成本。
技术实现思路
针对现有的技术方案存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，包括如下步骤：(1)将粉体原料进行预压成型，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆90-95份，氧化钇2-3份，稀土氧化物1-2份；(2)将预压成型得到的产品进行低温热处理，低温热处理的温度为1000℃；(3)将低温热处理得到的产品进行热压振动烧结，热压振动烧结的温度从1100℃上升至1700℃，升温速率为40℃/h，待温度升高至1700℃时，压力从80MPa上升至100MPa，且升压速率为2MPa/min，并且压力在100MPa时再持续烧结20min；(4)对步骤(3)中热压烧结得到的初坯打磨成刀片，取石墨烯涂料和甲乙酮按照1:10的比例进行混合，制得石墨烯溶液；(5)将步骤(4)中制得的石墨烯溶液在刀片基体表面进行雾化喷涂，雾化喷涂方法为：首先去除刀片基体表面的污迹；然后将步骤(4)中制得的石墨烯溶液倒入喷嘴口径为0.8-1.2mm的重力式喷枪的喷壶中，调节重力式喷枪的流量调节阀至50-55ml/min，调节重力式喷枪的配套的空气压缩机的出气开关至2.8-3.2KPa；最后通过重力式喷枪将石墨烯容易在刀具的基体表面进行雾化喷制得带有预制石墨烯涂层的刀具；(6)将步骤(5)中制得的带有预制石墨烯涂层的刀片在140-160℃条件下进行干燥后在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得具有石墨烯涂层的刀片；(7)开刃，在开刃机上进行开刃得到初品；(8)将步骤(7)中的初品放入温度800℃的热机油中进行沸煮三小时；沸煮三小时后立即拿出初品放入石英砂中冷却至常温；(9)最后对刀片表面进行光波加热200-400℃，然后冷却以消除热应力。进一步的，其中，石墨烯涂层的刀具的刀片厚度为0.45mm，刀片的宽度为8-15mm进一步的，所述步骤(1)中，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆95份，氧化钇2份，稀土氧化物1份。进一步的，步骤(6)中通过电热恒温干燥箱对步骤(5)中制得的带有预制石墨烯涂层的刀片进行干燥，干燥时间为80-100min。本专利技术中，在热压振动烧结过程中采用阶梯式升温方式，且温度的起始点与低温热处理的温度接近，甚至一致。这有助于促使物料在微观层面逐渐达到平衡，从而使最终制得的陶瓷刀具的内部结构中各组分的界面之间分布更均匀；另外，在热压的后半阶段，逐渐升温的过程更有利于物料内的气孔的收缩。另外，本专利技术在热压烧结过程中，在温度升高至最高时，将压力逐渐从80MPa升高到100MPa，且控制升压速率在一定值。在最高温度下，将压力逐渐增加，可以促使不同组分之间的界面结合更紧密。在达到100MPa时，再持续烧结20min，有助于组分之间结合紧密。本专利技术所制得的刀具的强度高，韧性强，其硬度可以达到14.8GPa，断裂韧性可以达到15以上，抗弯强度可以达到2094MPa。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。石墨烯具有优异的物理力学性能，断裂强度达到42N/m2，抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。热导率室温下可达5000W/(m·K)。为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。通过石墨烯涂层填补了刀具基体表面上的凹坑及沟壑，有效降低刀具的摩擦系数，从而在刀具切削过程中更加耐磨，延长了刀具的使用寿命。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用氧化锆和稀土氧化物结合的原料铸造，其陶瓷刀具的强度更高，不易断裂。热压振动烧结过程中采用阶梯式升温方式，且温度的起始点与低温热处理的温度接近，甚至一致。这有助于促使物料在微观层面逐渐达到平衡，从而使最终制得的刀具的内部结构中各组分的界面之间分布更均匀；另外，在热压的后半阶段，逐渐升温的过程更有利于物料内的气孔的收缩。通过喷涂石墨烯涂层填补了刀具基体表面上的凹坑及沟壑，有效降低刀具的摩擦系数，从而在刀具切削过程中更加耐磨，延长了刀具的使用寿。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本专利技术提供一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，包括如下步骤：(1)将粉体原料进行预压成型，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆90份，氧化钇2份，稀土氧化物1份；(2)将预压成型得到的产品进行低温热处理，低温热处理的温度为1000℃；(3)将低温热处理得到的产品进行热压振动烧结，热压振动烧结的温度从1100℃上升至1700℃，升温速率为40℃/h，待温度升高至1700℃时，压力从80MPa上升至100MPa，且升压速率为2MPa/min，并且压力在100MPa时再持续烧结20min；(4)对步骤(3)中热压烧结得到的初坯打磨成刀片，取石墨烯涂料和甲乙酮按照1:10的比例进行混合，制得石墨烯溶液；(5)将步骤(4)中制得的石墨烯溶液在刀片基体表面进行雾化喷涂，雾化喷涂方法为：首先去除刀片基体表面的污迹；然后将步骤(4)中制得的石墨烯溶液倒入喷嘴口径为0.8mm的重力式喷枪的喷壶中，调节重力式喷枪的流量调节阀至50ml/min，调节重力式喷枪的配套的空气压缩机的出气开关至2.8KPa；最后通过重力式喷枪将石墨烯容易在刀具的基体表面进行雾化喷制得带有预制石墨烯涂层的刀具；(6)将步骤(5)中制得的带有预制石墨烯涂层的刀片在150℃条件下进行干燥后在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得具有石墨烯涂层的刀片；(7)开刃，在开刃机上进行开刃得到初品；(8)将步骤(7)中的初品放入温度800℃的热机油中进行沸煮三小时；沸煮三小时后立即拿出初品放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将粉体原料进行预压成型，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆90-95份，氧化钇2-3份，稀土氧化物1-2份；/n(2)将预压成型得到的产品进行低温热处理，低温热处理的温度为1000℃；/n(3)将低温热处理得到的产品进行热压振动烧结，热压振动烧结的温度从1100℃上升至1700℃，升温速率为40℃/h，待温度升高至1700℃时，压力从80MPa上升至100MPa，且升压速率为2MPa/min，并且压力在100MPa时再持续烧结20min；/n(4)对步骤(3)中热压烧结得到的初坯打磨成刀片，取石墨烯涂料和甲乙酮按照1:10的比例进行混合，制得石墨烯溶液；/n(5)将步骤(4)中制得的石墨烯溶液在刀片基体表面进行雾化喷涂，雾化喷涂方法为：首先去除刀片基体表面的污迹；然后将步骤(4)中制得的石墨烯溶液倒入喷嘴口径为0.8-1.2mm的重力式喷枪的喷壶中，调节重力式喷枪的流量调节阀至50-55ml/min，调节重力式喷枪的配套的空气压缩机的出气开关至2.8-3.2KPa；最后通过重力式喷枪将石墨烯容易在刀具的基体表面进行雾化喷制得带有预制石墨烯涂层的刀具；/n(6)将步骤(5)中制得的带有预制石墨烯涂层的刀片在140-160℃条件下进行干燥后在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得具有石墨烯涂层的刀片；/n(7)开刃，在开刃机上进行开刃得到初品；/n(8)将步骤(7)中的初品放入温度800℃的热机油中进行沸煮三小时；沸煮三小时后立即拿出初品放入石英砂中冷却至常温；/n(9)最后对刀片表面进行光波加热200-400℃，然后冷却以消除热应力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将粉体原料进行预压成型，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆90-95份，氧化钇2-3份，稀土氧化物1-2份；
(2)将预压成型得到的产品进行低温热处理，低温热处理的温度为1000℃；
(3)将低温热处理得到的产品进行热压振动烧结，热压振动烧结的温度从1100℃上升至1700℃，升温速率为40℃/h，待温度升高至1700℃时，压力从80MPa上升至100MPa，且升压速率为2MPa/min，并且压力在100MPa时再持续烧结20min；
(4)对步骤(3)中热压烧结得到的初坯打磨成刀片，取石墨烯涂料和甲乙酮按照1:10的比例进行混合，制得石墨烯溶液；
(5)将步骤(4)中制得的石墨烯溶液在刀片基体表面进行雾化喷涂，雾化喷涂方法为：首先去除刀片基体表面的污迹；然后将步骤(4)中制得的石墨烯溶液倒入喷嘴口径为0.8-1.2mm的重力式喷枪的喷壶中，调节重力式喷枪的流量调节阀至50-55ml/min，调节重力式喷枪的配套的空气压缩机的出气开关至2.8-3.2KPa；最后通过重力式喷枪将石墨烯容易在刀具的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德好，
申请(专利权)人：安徽省阜锋刀具有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34