多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法

摘要

本发明属机械制造领域，涉及一种多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法。本发明用高强度、高韧性和高弹性模量的硬质合金作为增强材料，上层为WC基纳米复合粉末WC+ZrO₂+Al₂O₃(WZA)，底层为硬质合金粉末WC+Mo(WM)；或上下层为WC基纳米复合粉末WZA，中间为硬质合金粉末WM，在氮气气氛中热压烧结，利用WC基纳米复合材料的高硬度、高化学稳定性、高耐磨性和硬质合金的高强度、高断裂韧性，提高刀具材料的抗弯强度、断裂韧性和耐磨性能等。与普通硬质合金刀具相比，硬度提高15～20％；与陶瓷刀具相比，抗弯强度提高30～40％，断裂韧性提高25～40％。

主权项

1.多功能梯度复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征包括以下步骤：(1)纳米复合粉体的分散：首先以聚乙二醇为分散剂，以去离子水为分散介质，配制含聚乙二醇质量分数为0.1～0.4％的水溶液；将粒度为2微米的VC粉末加入到配制的溶液中，配成0.1～0.4％wt％的悬浮液，并进行超声分散和机械搅拌；按照同样的方法，将粒度为1微米的TaC放入该溶液，配成含TaC质量分数为0.15wt％的悬浮液，并进行超声分散和机械搅拌；将悬浮液的pH值调整为8.5～9.5，使悬浮液呈碱性，将纳米ZrO₂和纳米Al₂O₃粉末放入配制好的悬浮液中超声搅拌分散；分散搅拌中将混合液的温度加热至100℃；(2)配方及混料：按质量百分比为5～20wt％纳米ZrO₂、1～8％wt纳米Al₂O₃、72～94wt％微米WC、0.2～5wt％微米VC和0.1～0.3wt％微米TaC进行配料，将微米WC和纳米ZrO₂及Al₂O₃与(1)配制好的VC和TaC悬浮液进行混合，在混料桶中球磨，再经过真空干燥、过筛，得到分散良好的纳米复合粉料WC+ZrO₂+Al₂O₃；按质量百分比为90～94wt％微米WC和6～8wt％微米Mo进行配料，将其与(1)配制好的VC和TaC悬浮液进行混合，在混料桶中球磨48小时，再经过真空干燥、过筛，得到分散良好的硬质合金粉料WC+Mo；(3)制备及烧结：采用高纯度氮气保护，采用分段升温、均匀加压的热压烧结工艺制备该刀具材料的结构为双层和三层，双层为WC基纳米复合材料/硬质合金材料，三层为WC基纳米复合材料/硬质合金材料/WC基纳米复合材料；在室温～1450℃烧结温度时，升温速度为70～80℃/分钟，压力均匀加至20MPa，保温10分钟；在1450～1600℃时，升温速度为70～100℃/分钟，烧结压力增至32～35MPa；保温阶段温度为1600℃，保温时间25～50分钟。