專利名稱：硬質合金粉末表面陶瓷涂層材料及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到硬質合金材料及其制備方法，尤其是硬質合金粉末表面陶瓷涂層材料及其制備方法。
2、發(fā)明背景當今世界切削加工的發(fā)展趨勢就是高速度、高精度，在這一方面，陶瓷刀具以其卓越的高溫性能、硬度及耐磨性顯示出了極大的優(yōu)越性，得到了人們的普遍重視。但是，陶瓷刀具材料的強度和韌性低，在許多加工條件下易于因破損而失效，這大大限制了它的應用范圍，尤其是在自動加工領域，陶瓷刀具由于可靠性差，很少在自動化加工設備中使用。盡管陶瓷刀具材料可以通過一些增韌和補強的方法，如顆粒增韌、相變增韌和晶須增韌等來提高其強度和斷裂韌性，但提高的幅度十分有限。七十年代出現(xiàn)了陶瓷涂層刀具，它結合了陶瓷材料和硬質合金材料的優(yōu)點，在擁有與硬質合金材料相近的強韌性能的同時，耐磨性大大提高，能達到未涂層刀具的幾倍到十幾倍，并且使加工效率顯著提高。因此陶瓷涂層刀具在現(xiàn)代制造業(yè)尤其是在自動化加工中得到了廣泛應用和迅速的發(fā)展，在發(fā)達國家，涂層刀具已經(jīng)占到了整個刀具總量的80％以上，幾乎所有的高速鋼和硬質合金刀具都是經(jīng)過涂層后才使用的。
目前刀具涂層方法的主流仍然是化學氣相沉積(CVD)法和物理氣相沉積(PVD)法，近些年來有關涂層方法的研究也主要集中在這兩種方法的工藝改進上，并在此基礎上發(fā)展了一些新工藝。這兩種方法在生產(chǎn)實踐中已日漸成熟，但仍存在一些問題，比較突出的是目前應用的涂層刀具只是刀片表面涂層，而且涂層與基體間的界面結合強度低，涂層易剝落，這樣就使涂層不可能做得太厚，因此在使用中涂層的使用壽命不會太長，一旦涂層被磨掉，刀具就會迅速磨損。這種情況使進一步提高涂層刀具壽命變得十分困難。另外，涂層刀片基本上不具備重磨性，這將限制其在粗加工和大型加工設備中的應用。
3、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是發(fā)明一種在硬質合金碳化物粉末顆粒表面涂覆一薄層氧化鋁陶瓷涂層的材料及其加工工藝，從而制成一種表面涂有Al2O3涂層的復合硬質合金粉末。然后用這種復合粉末燒結成刀具，這樣既保持了碳化物本身較高的強度和彈性模量，又提高了其耐磨性，避免了目前刀片涂層磨損壽命低和不能重磨的缺點。用該涂層粉末制造的刀具，能實現(xiàn)重磨后硬度保持不變，極大地提高刀具的磨損壽命。4、發(fā)明構思本發(fā)明的基本構思是在硬質合金碳化物粉末表面涂覆Al2O3陶瓷材料，將溶膠-凝膠法引入刀具材料的制備過程。該工藝是，選取異丙醇鋁[Al(C3H7O)3]為前驅物，以去離子水[H2O]作為溶劑，用硝酸[HNO3]作為膠溶劑，將這些原料按Al(C3H7O)3∶H2O∶HNO3＝1∶60-200∶0.07-0.45(摩爾比)的比例混合均勻，利用水浴裝置保持恒溫85℃，同時施以強力攪拌，48小時后即獲得均勻穩(wěn)定的勃姆石溶膠(即Al2O3溶膠)；然后將待涂層的粉末加入溶膠中，施以強烈攪拌和超聲波振蕩，使之混合均勻，形成懸濁液，懸濁液靜置后分層，經(jīng)抽濾分離，再經(jīng)真空干燥，即可得到涂層粉末。
制備溶膠的原料最佳比例(摩爾比)選取異丙醇鋁[Al(C3H7O)3]為前驅物，以去離子水[H2O]作為溶劑，用硝酸[HNO3]作為膠溶劑，這些原料的最佳比例為Al(C3H7O)3∶H2O∶HNO3＝1∶90-110∶0.09-0.25(摩爾比)。5、應用效果溶膠—凝膠法作為一種濕化學合成方法，具有設備簡單，工藝易于控制，制品純度和均勻度高等優(yōu)點，近幾年被廣泛用于制作超導材料、光電材料、鐵電材料、光導纖維、光盤介質、納米級陶瓷粉末及陶瓷薄膜、晶須和各種復合材料。由于溶膠中膠粒尺寸很小(納米級)，具有很大的比表面能和強烈的吸附趨勢，可形成結構致密、與基體結合牢固的陶瓷涂層。用該涂層粉末制造的刀具，其重磨后的硬度保持不變。
6、實施例制備溶膠的原料摩爾比例為Al(C3H7O)3∶H2O∶HNO3＝1∶100∶0.18(即用0.41Kg的Al(C3H7O)3)，3.6Kg的H2O和0.023Kg濃度為99％的HNO3配置)。將這些原料混合均勻，利用水浴加熱裝置保持恒溫85℃，同時施以強力攪拌，48小時后即獲得均勻穩(wěn)定的勃姆石溶膠(即Al2O3溶膠)，然后將待涂層的硬質合金粉末TiC或(W，Ti)C加入溶膠中并進行均勻性攪拌，形成懸濁液，懸濁液靜置5分鐘后分層，經(jīng)抽濾分離，再經(jīng)真空干燥，即可得到涂層的TiC或(W，Ti)C粉末。
利用該涂層方法制備的涂層粉末，按照陶瓷刀具的配比要求配料，在一定燒結條件下進行熱壓燒結，就可以制備出力學性能良好的硬質合金粉末涂層陶瓷的新型陶瓷刀具。將涂層后的TiC或(W，Ti)C和粘結金屬(Mo+Ni)及MgO于缸式球磨機中用Al2O3球干式混合5-10小時，混勻后將此混合料放入真空干燥箱中干燥，干燥后用100目篩篩選，用石墨模在氮氣氣氛中，按實施例附表中所列的溫度，加壓30MPa，燒結20分鐘即得到致密度高于99％的坯料，經(jīng)切割磨光后即制成硬質合金粉末涂層陶瓷的刀具。該刀具重磨后硬度保持不變，提高了刀具的磨損壽命。
權利要求
1.硬質合金粉末表面陶瓷涂層材料的涂層工藝，其特征為選取異丙醇鋁[Al(C3H7O)3]為前驅物，以去離子水[H2O]作為溶劑，用硝酸[HNO3]作為膠溶劑，將這些原料按Al(C3H7O)3∶H2O∶HNO3＝1∶60-200∶0.07-0.45的比例混合均勻，利用水浴裝置保持恒溫85℃，同時施以強力攪拌，48小時后即獲得均勻穩(wěn)定的勃姆石溶膠(即Al2O3溶膠)；將碳化物粉末[TiC粉末或(W，Ti)C粉末]加入用溶膠-凝膠法制備的勃姆石溶膠中，施以強烈攪拌和超聲波振蕩，使之混合均勻，形成懸濁液，懸濁液靜置后分層，經(jīng)抽濾分離，再經(jīng)真空干燥，即可得到涂層的碳化物粉末。
2.硬質合金粉末表面陶瓷涂層材料，其特征為用于陶瓷涂層材料的原料最佳組成比例為(摩爾比)Al(C3H7O)3∶H2O∶HNO3＝1∶90-110∶0.09-0.25。
全文摘要
本發(fā)明涉及到刀具涂層材料及加工工藝，一種硬質合金粉末表面涂覆陶瓷涂層的材料及其加工工藝。該技術是選取異丙醇鋁[Al(C
文檔編號C04B35/626GK1459434SQ02110450
公開日2003年12月3日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權日2002年5月23日
發(fā)明者黃傳真, 艾興, 李兆前, 王寶友, 陳元春, 鈕平章 申請人:山東大學