高性能纳米复合氧化铝基自润滑刀具材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高性能纳米复合氧化铝基自润滑刀具材料及其制备方法。该自润滑刀具材料原料体积百分比组成如下：碳化钛25-55%；纳米氟化钙5-15%；氧化镁0.5-1.5%；氧化铝余量；制备方法包括先将纳米氟化钙制成分散液，再将MgO、Al₂O₃和TiC加入其中，混合分散、球磨、干燥、过筛后得到粉料，以真空热压法烧结。本发明将纳米固体润滑剂CaF₂成功引入陶瓷基体晶粒的内部，改善了自润滑陶瓷刀具材料的抗弯强度和硬度，提高了断裂韧性。该自润滑刀具材料原料成本低，工艺简单，设备投入小，易于实现产业化。

主权项

一种纳米复合氧化铝基自润滑刀具材料的制备方法，原料体积百分比组成如下：碳化钛25‑55%；纳米氟化钙5‑15%；氧化镁0.5‑1.5%；氧化铝余量；所述氧化铝为微米级粉体，球磨至平均粒径为1~2μm；所述碳化钛为微米级粉体，球磨至平均粒径为1~2μm；所述纳米氟化钙粒径范围为15‑50nm；制备步骤如下：（1）按照1：2.5的摩尔比称取硝酸钙和氟化铵，分别加入乙醇‑蒸馏水混合溶液中，制得硝酸钙含量为1mol/L的硝酸钙溶液，氟化铵含量为2.2‑3.0mol/L的氟化铵溶液；再将所述的硝酸钙溶液和氟化铵溶液分别加入聚乙二醇－无水乙醇分散液中磁力搅拌40‑80min、超声分散10‑30min，所用聚乙二醇－无水乙醇分散液分别是所述的硝酸钙溶液、氟化铵溶液的4‑8体积倍，分别得硝酸钙分散液和氟化铵分散液，将所述的硝酸钙分散液和氟化铵分散液，在超声和机械搅拌条件下混合反应3‑5min，离心、清洗，得纳米氟化钙，将制得的纳米氟化钙加入聚乙二醇－无水乙醇分散液中得粒径范围15‑50nm的纳米氟化钙分散液；所述的纳米氟化钙分散液中，纳米氟化钙的含量为6.9‑20.7g/L；所述乙醇‑蒸馏水混合溶液中乙醇与蒸馏水的体积比为1~3：1~2；所述的聚乙二醇－无水乙醇分散液中聚乙二醇的含量为3.5‑4.5g/L；（2）按配比，将称量好的氧化铝、碳化钛和氧化镁依次加入到步骤（1）的纳米氟化钙分散液中，混合分散40‑60min后加入球磨罐中，采用硬质合金球球磨48‑72h，经过真空干燥24‑36h后，采用200目筛过筛，得复合粉料，备用；（3）将步骤（2）的复合粉料加入石墨模具中，采用真空热压烧结技术，在烧结温度1550℃‑1700℃和保温15‑30min条件下烧结，烧结完成后自然冷却。