本发明专利技术涉及一种表面具有残余压应力的多元梯度自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法。本发明专利技术的多元梯度自润滑陶瓷刀具材料是应用多元梯度组成分布函数进行组分梯度设计，以α-Al2O3为基体，添加(W，Ti)C作为增强相，以氟化钙为固体润滑剂，以氧化镁和氧化镍作为烧结助剂，经分层铺填、热压烧结而成。该刀具材料具有组分关于中间层对称的（2K-1）层梯度结构；氟化钙的含量从表面层最高为8~12%降至中间层的氟化钙含量为0；该刀具材料的两表面层中存在残余压应力。该陶瓷刀具材料的各项力学性能指标均高于相同材料体系的均质自润滑陶瓷刀具材料，兼具高减摩和高耐磨性能，可用于干式切削和难加工材料的切削加工。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于表面残余压应力的多元梯度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
自润滑陶瓷刀具是通过在陶瓷刀具基体内加入固体润滑剂制成，利用固体润滑剂摩擦系数低的特点，使陶瓷刀具在切削加工时在刀具表面形成连续的固体润滑膜，从而实现刀具本身的自润滑功能，参见曹同坤，自润滑陶瓷刀具的设计开发及其自润滑机理研究，山东大学博士学位论文，2005。添加的固体润滑剂一方面可从摩 擦表面析出并拖敷形成固体润滑膜，使摩擦界面的接触状态得到改善，进而起到减摩的作用，另一方面会导致陶瓷刀具材料力学性能的降低，从而导致耐磨性能下降。因此，关系到自润滑刀具广泛应用的关键技术问题是如何兼顾固体润滑剂的减摩作用和刀具材料力学能之间的平衡。将功能梯度材料的设计思想引入自润滑陶瓷刀具材料的研制过程，开发多元梯度自润滑陶瓷刀具材料，将有望缓解切削过程中刀具内的热应力，提高抗热震性，并能在刀具材料表层中形成残余压应力，部分抵消切削过程中外载造成的应力，进而实现自润滑陶瓷刀具减摩性能和耐磨性能的统一。然而，现有的梯度组成分布函数由于仅采用I个组成分布指数，多用于二元功能梯度材料的组分设计。在用于组元大于2种的多元梯度自润滑陶瓷刀具材料设计时会遇到困难，导致组分设计很难进行。
技术实现思路
针对已有技术的不足，本专利技术提供一种。本专利技术的技术方案如下一种多元梯度自润滑陶瓷刀具材料，是以a-Al2O3为基体，添加(W，Ti)C作为增强相，以氟化钙(CaF2)为固体润滑剂，以氧化镁(MgO)和氧化镍(NiO)作为烧结助剂，经分层铺填、热压烧结而成；其特征为该陶瓷刀具材料具有(2K-1)层的梯度结构，其中K为整数且3 < K < 6 ;相对中间层对称的层中组分及含量相同，且厚度对称分布；按体积百分比计，表面层的氟化钙含量最高，为8 12%，中间层的氟化钙含量为0，氟化钙的含量从表面层最高为8 12%降至中间层的氟化钙含量为0，(W，Ti)C的含量从表面层到中间层逐层降低；表面层的(W，Ti) C的含量最高，为45飞0%，中间层的(W，Ti) C的含量最低，为25 35% ；a-Al2O3的含量从表面层到中间层逐层增加；表面层的a-Al2O3含量最低，为30 40%，中间层的a -Al2O3含量最高，为65 75% ；氧化镁(MgO)含量从表面层到中间层各层相同，为0. 5 1% ；氧化镍(NiO)的含量从表面层到中间层各层相同，为0. 5^1% ；各层的a-Al203、(W, Ti)C、氟化I丐、氧化镁和氧化镍百分比组成之和为100%。toon] 根据本专利技术优选的，氟化钙的含量从表面层到中间层逐层降低或者有r2层是相等的；当氟化钙的含量逐层降低时相邻两层的氟化钙含量体积比差额为1_5%。根据本专利技术优选的，从表面层到中间层，相邻两层的(W，Ti)C含量体积比差额为5-10%，相邻两层的a -Al2O3含量体积比差额为5-15%。优选的，上述各组分中，所用的原料均为市售产品，其中a-Al2O3粉末和CaF2粉末的平均粒径均为0. 5 ii m，(W，Ti) C粉末的平均粒径为I y m,纯度均大于99%。根据本专利技术优选的，所述各层的氧化镁、氧化镍的体积比含量均为0. 5%。根据本专利技术优选的，中间层厚度广3_，从中间层到表面层的厚度逐层减小，总厚 度为3. 5 4. 5mm。根据本专利技术优选方案之一，多元梯度自润滑陶瓷刀具材料为7层结构，各层的组分体积百分含量及厚度为第1、7 层，a -Al2O3 335. 6%, (W，Ti) C 53. 4%, CaF210%，氧化镁 0. 5%，氧化镍 0. 5%,厚度 0. 39 0. 4mm ；第2、6 层，a -Al20346. 15%, (ff, Ti) C 46. 15%, CaF26. 7%,氧化镁 0. 5%,氧化镍 0. 5%,厚度 0. 57 0. 58mm ；第3、5 层，a -Al20357. 42%, (ff, Ti) C 38. 28%, CaF23. 3%,氧化镁 0. 5%,氧化镍 0. 5%,厚度 I. 03 I. 04mm ；第4 层，a -Al2O3 69. 3%, (ff, Ti) C 29. 7%,氧化镁 0. 5%,氧化镍 0. 5%,厚度 2. 00mm。根据本专利技术优选方案之二，多元梯度自润滑陶瓷刀具材料为9层结构，各层的组分体积百分含量及厚度为第1、9 层，a -Al20335. 6%, (ff, Ti) C 53. 4%, CaF210%,氧化镁 0. 5%,氧化镍 0. 5%,厚度 0. 38 0. 40mm ；第2、8 层，a -Al20342. 28%, (ff, Ti) C 46. 72%, CaF210%,氧化镁 0. 5%,氧化镍 0. 5%,厚度 0. 80 0. 85mm ；第3、7 层，a _A120351. 7%, (ff, Ti) C 42. 3%, CaF25%,氧化镁 0. 5%,氧化镍 0. 5%,厚度 0. 35 0. 39mm ；第4、6 层，a _A120358. 75%, (ff, Ti) C 35. 25%, CaF25%，氧化镁 0. 5%，氧化镍 0. 5%,厚度 0. 80 0. 85mm ；第5 层，a -Al20369. 3%, (ff, Ti) C 29. 7%,氧化镁 0. 5%,氧化镍 0. 5%,厚度 I. 20mm。根据本专利技术，所述多元梯度自润滑陶瓷刀具材料的制备方法，依据各层的原料组分配比，分别配制K组混合粉料，各组混合粉料的配制步骤如下(I)按比例称取a-Al2O3粉末，加无水乙醇配成a-Al2O3悬浮液，充分搅拌、超声分散20 30min ；(2)按比例称取(W，Ti)C粉末，加无水乙醇配成(W，Ti)C悬浮液，充分搅拌、超声分散20 30min ；(3)按比例称取氟化钙粉末，加无水乙醇配成氟化钙悬浮液，充分搅拌、超声分散20 30min ；配制中间层混合粉料时，氟化钙含量为0，省略该步骤。(4)将上述步骤(I) (3)得到的各相悬浮液混合，然后按比例添加烧结助剂氧化镁和氧化镍，超声分散2(T30min，混合均匀；(5)将步骤(4)所得混合物料倒入球磨罐中，以氮气或氩气为保护气氛，以无水乙醇为介质，各组分原料总量与研磨球的料球重量比为I :1(T12，球磨48 80h ;然后在电热真空干燥箱中10(T110°C温度下连续干燥，完全干燥后在氮气或氩气气流中过筛，得到混合粉料，密封备用；将所得的各层混合粉料逐层装入石墨模具，形成各层关于中间层对称的(2K-1)层梯度结构。填充好的混合粉料预压后在真空热压烧结炉中烧结成型。制得Al2O3/(W，Ti) C/CaF2多元梯度自润滑陶瓷刀具材料。热压烧结工艺参数为升温速率15_30°C /min，保温温度150(Tl65(TC，热压压力25 30MPa，保温时间l(T30min，然后降温至室温。上述步骤(I广(3)中所述的无水乙醇是作为配成悬浮液的分散介质，用量按本领域常规选择即可，本专利技术不做特别限定。 优选的,步骤(5)中球磨用的研磨球是市售的YG类硬质合金球。本专利技术的设计原理本专利技术应用多元梯度组成分布函数进行梯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多元梯度自润滑陶瓷刀具材料，是以α？Al2O3为基体，添加(W，Ti)C作为增强相，以氟化钙（CaF2）为固体润滑剂，以氧化镁（MgO）和氧化镍（NiO）作为烧结助剂，经分层铺填、热压烧结而成；其特征在于：该陶瓷刀具材料具有（2K？1）层的梯度结构，其中K为整数且3≤K≤6；相对中间层对称的层中组分及含量相同，且厚度对称分布；按体积百分比计：氟化钙的含量从表面层最高为8~12%降至中间层的氟化钙含量为0；(W，Ti)C的含量从表面层到中间层逐层降低；表面层的(W，Ti)C的含量最高，为45~60%，中间层的(W，Ti)C的含量最低，为25~35%；α？Al2O3的含量从表面层到中间层逐层增加；表面层的α？Al2O3含量最低，为30~40%，中间层的α？Al2O3含量最高，为65~75%；氧化镁（MgO）含量从表面层到中间层各层相同，为0.5~1%；氧化镍（NiO）的含量从表面层到中间层各层相同，为0.5~1%；各层的α？Al2O3、(W，Ti)C、氟化钙、氧化镁和氧化镍百分比组成之和为100%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许崇海，吴光永，肖光春，方斌，
申请(专利权)人：山东轻工业学院，
类型：发明
国别省市：
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