一种木工雕刻用高硬纳米晶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种木工雕刻用高硬纳米晶复合材料及其制备方法，解决了现有技术中的木工雕刻刀具的材质不能在高温情况下保持良好的硬度、耐磨性以及强度韧性的技术问题。所述复合材料的制备包括下述重量百分比的原料：Co粉：5.5%

【技术实现步骤摘要】
一种木工雕刻用高硬纳米晶复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种木工雕刻用高硬纳米晶复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]当前，随着木材的个性化定制加工以及数控机床应用的拓展，木工的自动化雕刻日趋称为木材个性化定制的主流。由于木材种类多样，材质千差万别，加工表面质量要求高，加工强度大，这一方面对机床的构造、(主轴)稳定性等数控木工雕刻机设备提出很高要求，而更重要的是对作为耗材的雕刻刀具提出了极高的要求。
[0003]由于木工自动化雕刻，需要刀具在较长时间保持高强度的加工作业，工作环境十分恶劣，这需要雕刻刀具具有极高的硬度及耐磨性，保持较长的使用寿命，以及磨损及耐用度等切削性能具有良好的可预测性。
[0004]在长时间高速切削加工且无强冷过程中，刀具需承受较高的加工温度，这也需要雕刻刀具具有较高的耐热性能，即在高温情况下保持良好的硬度、耐磨性以及强度韧性。
[0005]此外，木工雕刻过程通常需要保持加工质量的稳定，忌讳加工过程中频繁换刀，因此雕刻刀材料需具备足够的强度和韧性，在高速高强度加工，且承受冲击及振动条件下工作而不产生崩刃和折断。
[0006]本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
[0007]现有技术中的木工雕刻刀具的材质不能在高温情况下保持良好的硬度、耐磨性以及强度韧性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种木工雕刻用高硬纳米晶复合材料，以解决现有技术中的木工雕刻刀具的材质不能在高温情况下保持良好的硬度、耐磨性以及强度韧性的技术问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0010]本专利技术提供的一种木工雕刻用高硬纳米晶复合材料，其特征在于，其制备包括下述重量百分比的原料：Co粉：5.5％
‑
6.5％，VC粉：0.2％
‑
0.5％，Cr3C2粉：0.4％
‑
0.8％，WC粉：余量。
[0011]进一步的，各原料的重量百分比分别为：Co粉：5.8％
‑
6.2％，VC粉：0.3％
‑
0.4％，Cr3C2粉：0.5％
‑
0.7％，WC粉：余量。
[0012]进一步的，各原料的重量百分比分别为：Co粉：6％，VC粉：0.4％，Cr3C2粉：0.6％，WC粉：93％。
[0013]进一步的，所述WC粉的晶粒度为0.1
‑
0.4μm，总碳量6.05％
‑
6.2％，氧含量小于0.33％；
[0014]所述Co粉的晶粒度为0.6
‑
1.0μm；
[0015]所述Cr3C2粉的晶粒度为0.6
‑
1.5μm，总碳量11.10％
‑
11.40％；
[0016]所述VC粉的晶粒度为0.6
‑
1.5μm，总碳量17.10％
‑
17.50％。
[0017]本专利技术提供的木工雕刻用高硬纳米晶复合材料的制备方法，包括下述步骤：
[0018]S1、按配比准备原料，将VC粉及Cr3C2粉先加入球磨机内进行预磨，预磨时间3
‑
10h；然后将Co粉和WC粉加入球磨机内进行球磨，得到混合料；
[0019]S2、将混合料经过密闭式喷雾干燥制粒或者在密闭环境下加入增稠剂制成待压制混合料：
[0020]S3、将待压制混合料采用模压或挤压方式压制成型，得到压坯；
[0021]S4、采用压力烧结炉进行分段烧结，依次为：
[0022]①
真空脱胶，温度为：室温
‑
750℃，持续时间为：7
‑
8h，炉内压力为20
‑
40Pa；
[0023]②
真空烧结，温度为：700
‑
1250℃，持续时间为：3
‑
3.5h，炉内压力为10
‑
20Pa；
[0024]③
分压烧结，温度为：1200
‑
1380℃，持续时间为：3
‑
3.5h，炉内压力为1000
‑
1400Pa；
[0025]④
加压烧结，温度为：1370
‑
1415℃，持续时间为：1.5
‑
2h，炉内压力为5.2
‑
6MPa；最后在最高烧结温度1415
‑
1420℃、炉内压力5.2
‑
6MPa保温30
‑
50min；
[0026]烧结完成后，得到成品。
[0027]进一步的，在步骤S4烧结完成后，还包括快冷处理步骤，所述快冷为加压水冷，冷却时间≤5小时，冷却完成后，得到成品。
[0028]进一步的，所述步骤S1中，预磨时，加入研磨介质和溶剂，加入的研磨介质为硬质合金球或研磨棒，加量为原料总重量的3
‑
6倍，加入的溶剂采用无水乙醇，加量为原料总重量的1/3
‑
1/5倍；球磨时，加入成型剂，成型剂采用石蜡或聚乙二醇，加量为原料总重量的2
‑
3％；球磨时间为80
‑
120小时。
[0029]进一步的，所述步骤S1中，将VC粉及Cr3C2粉先进行预磨，预磨时间3
‑
10h。
[0030]进一步的，所述步骤S2中，采用密闭式喷雾干燥制粒时，干燥介质为氮气，温度为150
‑
250℃，喷雾供料压力1000
‑
1700KPa；采用在密闭环境下加入增稠剂时，是向混合料中加入增稠剂并搅拌0.5
‑
2h使混合料与增稠剂混合均匀。
[0031]进一步的，所述增稠剂为甲基纤维素或乙脱敏，所述增稠剂的加量为原料总重量的0.1
‰‑
0.8
‰
。
[0032]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少可以产生如下技术效果：
[0033](1)本专利技术提供的木工雕刻用高硬纳米晶复合材料，选用WC粉为主要原料，其硬度(莫氏硬度达9.5)与目前已知最硬的金刚石(莫氏硬度为10)相近，且具有极高的熔点2870℃；加入的钴粉作为金属粘结相，其与碳化钨的润湿角接近0
°
，具有极好的亲和性，加入后与WC粉相互作用可以增强材料的强度和韧性；而选择纳米晶级的WC粉，其晶粒度为0.1
‑
0.4μm，可以进一步增强材料的硬度、强度及韧性；同时选择Co粉的粒度为0.5
‑
1.0μm，可以使WC
‑
Co更加均匀的混合；并且，加入适当配比的VC粉及Cr3C2，可以通过抑制WC在Co内的溶解析出过程以达到抑制晶粒长大的效果，进而使WC晶粒保持原有粒度水平，可以保证材料具有更高的硬度、强度及韧性。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种木工雕刻用高硬纳米晶复合材料，其特征在于，其制备包括下述重量百分比的原料：Co粉：5.5%
‑
6.5%，VC粉：0.2%
‑
0.5%，Cr3C2粉：0.4%
‑
0.8%，WC粉：余量。2.根据权利要求1所述的木工雕刻用高硬纳米晶复合材料，其特征在于，各原料的重量百分比分别为：Co粉：5.8%
‑
6.2%，VC粉：0.3%
‑
0.4%，Cr3C2粉：0.5%
‑
0.7%，WC粉：余量。3.根据权利要求1所述的木工雕刻用高硬纳米晶复合材料，其特征在于，各原料的重量百分比分别为：Co粉：6%，VC粉：0.4%，Cr3C2粉：0.6%，WC粉：93%。4.根据权利要求1所述的木工雕刻用高硬纳米晶复合材料，其特征在于，所述WC粉的晶粒度为0.1
‑
0.4μm，总碳量6.05%
‑
6.2%，氧含量小于0.33%；所述Co粉的晶粒度为0.6
‑
1.0μm；所述Cr3C2粉的晶粒度为0.6
‑
1.5μm，总碳量11.10%
‑
11.40%；所述VC粉的晶粒度为0.6
‑
1.5μm，总碳量17.10%
‑
17.50%。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的木工雕刻用高硬纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、按配比准备原料，将VC粉及Cr3C2粉先加入球磨机内进行预磨，预磨时间3
‑
10h；然后将Co粉和WC粉加入球磨机内进行球磨，得到混合料；S2、将混合料经过密闭式喷雾干燥制粒或者在密闭环境下加入增稠剂，制成待压制混合料：S3、将待压制混合料采用模压或挤压方式压制成型，得到压坯；S4、采用压力烧结炉进行分段烧结，依次为：
①
真空脱胶，温度为：室温
‑
750℃，持续时间为：7
‑
8h，炉内压力为20
‑
40Pa；
②
真空烧结，温度为：700

【专利技术属性】
技术研发人员：单成，潘辉，鲁攀，杨成亮，刘毅，邱嵩，颜焰，刘强，
申请(专利权)人：成都美奢锐新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：