本發(fā)明涉及一種添加鎳包覆六方氮化硼(h-BN@Ni)核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法，屬于陶瓷刀具材料技術領域。

背景技術：

在現(xiàn)代機械加工技術中，隨著各種難加工材料的出現(xiàn)和效率、精度和環(huán)保要求的提高，刀具技術越來越成為影響機械制造產業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一。陶瓷刀具材料與高速鋼和硬質合金等傳統(tǒng)刀具材料相比，具有高硬度、耐磨損、耐高溫和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點。然而由于陶瓷材料固有的低韌性和低抗熱震性，在高速切削加工過程中對陶瓷刀具不能采用切削液進行冷卻潤滑，導致切削溫度很高，刀具熱磨損嚴重，致使刀具壽命偏低。研制自潤滑陶瓷刀具材料是解決這一問題的有效途徑。

用于制備自潤滑陶瓷刀具材料的固體潤滑劑應滿足兩個基本要求：其一，在刀具材料的燒結溫度(一般為1500-1800℃)下，固體潤滑劑不發(fā)生分解也不與陶瓷基體發(fā)生明顯的化學反應；其二，在刀具的切削溫度(一般為500-1000℃)下，固體潤滑劑不與空氣和工件材料發(fā)生明顯的化學反應而失去潤滑作用。在常用的固體潤滑劑石墨、二硫化鉬、六方氮化硼、聚四氟乙烯中，二硫化鉬和聚四氟乙烯的分解溫度分別為1370℃和415℃，均低于陶瓷刀具材料燒結溫度。石墨和六方氮化硼在刀具材料的燒結溫度下不發(fā)生分解或升華，但石墨在空氣中從450℃開始氧化，且隨著溫度的升高而加??；六方氮化硼在空氣中開始氧化的溫度為1000-1100℃?？梢?，六方氮化硼是用于制備自潤滑陶瓷刀具材料比較理想的固體潤滑劑。但是，直接添加六方氮化硼對陶瓷刀具材料的力學性能會有不利影響。

傳統(tǒng)的自潤滑陶瓷刀具材料的制備工藝是將陶瓷粉體和固體潤滑劑粉體直接混合，再通過一定的成型和燒結工藝制成塊狀材料。直接添加六方氮化硼會對陶瓷刀具材料產生兩方面的影響：一方面，在切削過程中，刀具材料中的六方氮化硼可在刀具表面形成自潤滑膜，從而減小刀具與切屑之間的摩擦系數(shù)；另一方面，六方氮化硼的強度和硬度低，在刀具材料中的彌散導致其力學性能下降，進而降低刀具的抗磨損性能。此外，六方氮化硼是一種共價鍵化合物，在高溫下的固相擴散系數(shù)低，是一種難以燒結的材料。有文獻指出片狀的六方氮化硼交叉堆砌形成的卡片房式結構是妨礙含六方氮化硼的復合陶瓷致密化的主要因素，采用適當工藝消除卡片房式結構才能使其獲得高致密度，進而使其具有較高的力學性能。在相關工藝中，添加能在燒結過程中產生液相的組分可以促進含六方氮化硼的復合陶瓷的顆粒重排和物質的擴散遷移,有利于消除六方氮化硼的卡片房式結構，故能促進復合陶瓷的致密化。參見硅酸鹽學報，1998，26(2)：265-269。

為了克服直接添加六方氮化硼的陶瓷刀具材料的力學性能較低的缺陷，近年來對于添加包覆型六方氮化硼的陶瓷刀具材料的研究陸續(xù)有披露。中國專利文件CN104892005A公開了一種添加氧化鋁包覆六方氮化硼復合粉末的氮化硅基自潤滑陶瓷刀具材料；CN104844178A提供了一種添加二氧化硅包覆六方氮化硼復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料；CN104844225A公開了一種添加碳化硅包覆六方氮化硼復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料。通過上述專利文件公開的技術制備的添加包覆型六方氮化硼的陶瓷刀具材料的力學性能比添加未包覆六方氮化硼粉體制備的陶瓷刀具材料有所提高。然而，上述技術仍有不足之處：其一，包覆六方氮化硼粉體的氧化鋁、二氧化硅和碳化硅都是陶瓷材料，在燒結過程中不能或很少產生液相，對六方氮化硼的卡片房式結構的消除作用甚微，進而對所制備的陶瓷刀具材料致密化的促進作用較小。其二，較低的斷裂韌性已成為制約陶瓷刀具材料廣泛應用的瓶頸，所以應著重開發(fā)相應技術來提升陶瓷刀具材料的斷裂韌性。由于陶瓷材料固有的低斷裂韌性的特性，添加陶瓷材料作為包覆層的包覆型六方氮化硼主要提高了自潤滑陶瓷刀具材料的硬度和抗彎強度，對其斷裂韌性的改善作用較小。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種添加鎳包覆六方氮化硼核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法。在提高自潤滑陶瓷刀具材料的硬度和抗彎強度的同時，對其斷裂韌性也有顯著改善。

術語說明：

h-BN：六方氮化硼；

h-BN@Ni：鎳包覆六方氮化硼。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種添加鎳包覆六方氮化硼核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，是以α相氧化鋁(α-Al₂O₃)作為基體，以碳化鎢鈦((W,Ti)C)作為增強相，以鎳包覆六方氮化硼(h-BN@Ni)復合粉體作為固體潤滑劑，以氧化鎂(MgO)作為燒結助劑，經球磨混料、熱壓燒結制成；各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 25-45％，(W,Ti)C 50-70％，鎳包覆六方氮化硼復合粉體按h-BN的質量計2-10％，MgO 0.4-1.5％；其中，

所述鎳包覆六方氮化硼(h-BN@Ni)復合粉體具有核殼結構，其中，h-BN為核，Ni為殼。該復合粉體是按以下方法制備的：

取h-BN粉體加入敏化液中敏化后，再加入活化液中活化處理，得到活化的h-BN粉體；所述敏化液的組分為：二水氯化亞錫(SnCl₂·2H₂O)20-30g/L、余量為無水乙醇；所述活化液的組分為：氯化鈀(PdCl₂)0.5-1g/L、質量分數(shù)35-37％的濃鹽酸10-20mL/L、余量為蒸餾水；

將活化的h-BN粉體加入化學鍍液中，在70-85℃、超聲震蕩條件下施鍍，施鍍過程中滴加pH值調節(jié)劑使化學鍍液pH值保持為11-12，施鍍后進行分離、清洗、干燥，制得h-BN@Ni復合粉體；

所述化學鍍液的組分為：六水硫酸鎳(NiSO₄·6H₂O)20-30g/L、二水檸檬酸鈉(Na₃C₆H₅O₇·2H₂O)50-70g/L、硼酸(H₃BO₃)30-40g/L、質量分數(shù)50-80％的水合肼(N₂H₄·H₂O)50-100mL/L，適量pH值調節(jié)劑使化學鍍液pH值為11-12，余量為蒸餾水。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述pH值調節(jié)劑為60-80g/L的NaOH溶液。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，上述各組分的原料粉體均為市售產品，h-BN粉體、α-Al₂O₃粉體、(W,Ti)C粉體和MgO粉體的平均粒徑分別為1-3μm、0.2-0.5μm、1-1.5μm和1-2μm，純度均大于99％。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，上述添加鎳包覆六方氮化硼核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 31-41％，(W,Ti)C 52-66％，h-BN@Ni按復合粉體中h-BN的質量計2-6％，MgO 0.5-1％；各組分之和為100％。

進一步優(yōu)選的，所述添加鎳包覆六方氮化硼核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 36-38％，(W,Ti)C 58-59％，h-BN@Ni按復合粉體中h-BN的質量計3.5-4.5％，MgO 0.5％；各組分之和為100％。

根據(jù)本發(fā)明，一種添加鎳包覆六方氮化硼核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的制備方法，包括步驟如下：

(1)h-BN粉體的敏化、活化

按比例稱取h-BN粉體加入所述的敏化液中，超聲震蕩，離心分離后清洗；將敏化后的h-BN粉體加入所述的活化液中，超聲震蕩，離心分離并清洗、干燥，備用；

(2)化學鍍制備h-BN@Ni復合粉體

將步驟(1)活化后的h-BN粉體加入所述的化學鍍液中，在70-85℃的恒溫水浴中施鍍；在施鍍過程中保持超聲震蕩并隨時滴加pH值調節(jié)劑使化學鍍液的pH值保持為11-12；施鍍完畢后，分離出固態(tài)顆粒并用蒸餾水清洗至中性，再用無水乙醇清洗2-3次，然后在真空干燥箱中40-60℃下干燥7-10h，得到h-BN@Ni復合粉體；

(3)懸浮液的配制

按比例稱取α-Al₂O₃粉體，加入到適量聚乙二醇-無水乙醇溶液中，超聲分散并攪拌，配成α-Al₂O₃懸浮液；

按比例稱取(W,Ti)C粉體，加入適量無水乙醇中，超聲分散并攪拌，配成(W,Ti)C懸浮液；

按比例稱取步驟(2)得到的h-BN@Ni復合粉體，加入適量無水乙醇中，超聲分散并攪拌，配成h-BN@Ni懸浮液；

(4)復相懸浮液的配制、球磨

將步驟(3)得到的α-Al₂O₃懸浮液和(W,Ti)C懸浮液混合，然后按比例添加MgO粉體，超聲分散并攪拌20-30min，將得到的復相懸浮液倒入球磨罐球磨40-50h；然后加入步驟(3)得到的h-BN@Ni懸浮液，繼續(xù)球磨，得球磨液；

(5)將步驟(4)得到的球磨液真空干燥，過篩，得到混合粉料，密封備用；

(6)將步驟(5)得到的混合粉料裝入石墨模具，經冷壓成型后放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中所述h-BN敏化時，按每升敏化液計，h-BN粉體的加入量為10-20g/L。步驟(1)中所述h-BN敏化時超聲震蕩2-5min；離心分離后先用無水乙醇清洗1次，然后用蒸餾水清洗1次。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中所述h-BN活化時，按每升活化液計，h-BN粉體的加入量為10-20g/L。步驟(1)中活化時超聲震蕩5-10min，離心分離后用無水乙醇清洗3-5次，在真空干燥箱中40-60℃下干燥7-10h。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中所述的活化液的配制為：按每升活化液計，稱取0.5-1g的PdCl₂，加入質量分數(shù)35-37％的濃鹽酸10-20mL中，攪拌溶解后加蒸餾水至活化液總體積。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)化學鍍時按每升化學鍍液計，h-BN粉體的加入量為2-5g/L。步驟(2)中所述的pH值調節(jié)劑為60-80g/L的NaOH溶液。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，所述聚乙二醇的質量為所述α-Al₂O₃粉體質量的2-4％。聚乙二醇-無水乙醇溶液的配制方法是：先將聚乙二醇加入無水乙醇中，在30-40℃水浴中攪拌溶解。無水乙醇的用量不必嚴格控制，以能制成懸浮液為宜。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，所述的超聲分散并攪拌的時間均為15-20min。

步驟(4)中，所述的球磨條件如下：按球料重量比為10:1加入硬質合金研磨球，以氮氣或氬氣為保護氣氛進行球磨。

步驟(4)中，所述的繼續(xù)球磨時間為2-4h；仍以氮氣或氬氣為保護氣氛為佳。

步驟(5)中的優(yōu)選條件為：真空干燥箱中90-110℃下干燥20-25h，然后過100-200目篩。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(6)所述熱壓燒結的燒結工藝參數(shù)為：升溫速率10-20℃/min，保溫溫度1450-1550℃，保溫時間10-25min，熱壓壓力25-30MPa。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，所述的化學鍍液的配制步驟如下：

1)按比例稱取NaOH，加入適量蒸餾水中，攪拌溶解并加蒸餾水至所需體積，配成60-80g/L的NaOH溶液。

2)按比例稱取六水硫酸鎳、二水檸檬酸鈉、硼酸，分別加入適量蒸餾水中，在30-40℃的水浴中攪拌使之溶解，分別得到澄清的六水硫酸鎳溶液、二水檸檬酸鈉溶液、硼酸溶液。

3)將六水硫酸鎳溶液緩慢加入二水檸檬酸鈉溶液中，邊加邊攪拌，然后再緩慢加入硼酸溶液，邊加邊攪拌，得到混合溶液；向混合溶液中滴加入步驟1)制得的NaOH溶液，邊加邊攪拌，使混合溶液的pH值達到11-12。

4)按比例量取質量分數(shù)50-80％的水合肼，滴加到步驟3)的混合溶液中，邊加邊攪拌，然后加入蒸餾水至化學鍍液總體積并攪拌均勻，得到化學鍍液。

本發(fā)明所用的二水氯化亞錫、無水乙醇等化學試劑均為市售產品，優(yōu)選分析純，其中濃鹽酸的濃度為質量分數(shù)35-37％，水合肼的濃度為質量分數(shù)50-80％，聚乙二醇的平均分子量為4000-6000。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明通過添加具有核殼結構的h-BN@Ni復合粉體代替h-BN粉體作為固體潤滑劑制備自潤陶瓷刀具材料，一方面，片狀的h-BN粉體易團聚而不易分散，直接添加時會在陶瓷基體中形成交叉堆砌的卡片房式結構，導致陶瓷刀具材料的燒結致密度較低和微觀結構的不均勻。對h-BN粉體進行化學鍍鎳可以提高其分散性，也能在燒結過程中產生液相，所以添加h-BN@Ni復合粉體可以避免在陶瓷基體中形成卡片房式結構，提高陶瓷刀具材料的燒結致密度及其微觀結構的均勻性。另一方面，h-BN@Ni復合粉體的包覆層金屬鎳可以對自潤滑陶瓷刀具材料增韌補強。兩方面協(xié)同作用，利用核-殼自潤滑與增強復合效應來提高自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能和耐磨性能。

2、與現(xiàn)有的添加陶瓷材料包覆六方氮化硼復合粉體制備自潤滑陶瓷刀具材料的技術相比，本發(fā)明在較低的燒結溫度下即可產生液相，能有效消除六方氮化硼的卡片房式結構進而提高陶瓷刀具材料的致密度，同時降低了陶瓷刀具材料的燒結溫度，節(jié)約了能源、有利于環(huán)保。此外，本發(fā)明采用金屬鎳作為六方氮化硼粉體的包覆層材料，可以利用金屬鎳的高韌性來大幅提高自潤滑陶瓷刀具材料的斷裂韌性，進而擴大陶瓷刀具的應用范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例使用的h-BN原料粉體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。

圖2是本發(fā)明實施例1制備的h-BN@Ni復合粉體的SEM照片。

圖3是本發(fā)明實施例1中的h-BN@Ni復合粉體和h-BN原料粉體的X射線衍射圖譜。

圖4是本發(fā)明實施例1制備的添加h-BN@Ni復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的斷面SEM照片。

圖5是對比例1制備的添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的斷面SEM照片。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案做進一步說明。

實施例中使用的原料粉體均為市售產品，α-Al₂O₃粉體、(W,Ti)C粉體、h-BN粉體和MgO粉體的平均粒徑分別為0.2μm、1.5μm、2μm和2μm，純度均大于99％。實施例中使用的化學試劑均為市售產品、分析純，其中濃鹽酸的濃度為質量分數(shù)37％，水合肼的濃度為質量分數(shù)80％，聚乙二醇的平均分子量為4000。

實施例1：添加h-BN@Ni核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 32.5％，(W,Ti)C 65％，h-BN@Ni按復合粉體中的h-BN的質量計2％，MgO 0.5％。

制備方法如下：

(1)h-BN粉體的敏化、活化

稱取2.5g SnCl₂·2H₂O，加入100mL無水乙醇中并攪拌溶解，得到敏化液；將0.05g PdCl₂加入1mL濃鹽酸中，攪拌溶解后加蒸餾水至100mL，得到活化液。稱取2g h-BN原料粉體加入上述敏化液中，超聲震蕩2min，離心分離并用無水乙醇清洗1次，然后用蒸餾水清洗1次。將敏化后的h-BN粉體加入活化液中，超聲震蕩5min，離心分離并用無水乙醇清洗3次，在真空干燥箱中40℃下干燥10h，備用。

(2)化學鍍制備h-BN@Ni復合粉體

稱取8g NaOH，加入70mL蒸餾水中，攪拌溶解并加蒸餾水至100mL，配成80g/L的NaOH溶液；稱取12.5g NiSO₄·6H₂O、25g Na₃C₆H₅O₇·2H₂O和15g H₃BO₃，分別加入70-100mL蒸餾水中，在35℃的水浴中攪拌使之溶解，分別得到澄清溶液；將NiSO₄·6H₂O溶液緩慢加入Na₃C₆H₅O₇·2H₂O溶液中，邊加邊攪拌，然后再緩慢加入H₃BO₃溶液，邊加邊攪拌，得到混合溶液；向混合溶液中滴加入NaOH溶液，邊加邊攪拌，使混合溶液的pH值達到11。量取35mL水合肼，滴加到混合溶液中，邊加邊攪拌，然后加入蒸餾水至500mL并攪拌均勻，得到化學鍍液。將步驟(1)活化后的h-BN粉體加入上述化學鍍液中，在80℃的恒溫水浴中進行化學鍍。在施鍍過程中保持超聲震蕩并隨時滴加NaOH溶液使化學鍍液的pH值保持為11。施鍍完畢后將固態(tài)顆粒離心分離并用蒸餾水清洗至中性，再用無水乙醇清洗2次，然后在真空干燥箱中40℃下干燥10h，得到h-BN@Ni復合粉體。

(3)懸浮液的配制

稱取32.5gα-Al₂O₃粉體和0.65g聚乙二醇，先將聚乙二醇加入120mL無水乙醇中，在35℃水浴中攪拌溶解，再加入α-Al₂O₃粉體，超聲分散并攪拌15min，配成α-Al₂O₃懸浮液。稱取65g(W,Ti)C粉體，加入100mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌15min，配成(W,Ti)C懸浮液。將步驟(2)得到的h-BN@Ni復合粉體加入40mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌15min，配成h-BN@Ni懸浮液。

(4)復相懸浮液的配制、球磨

將步驟(3)得到的α-Al₂O₃懸浮液和(W,Ti)C懸浮液混合，然后添加0.5g MgO粉體，超聲分散并攪拌20min，將得到的復相懸浮液倒入球磨罐，加入1kg硬質合金研磨球，以氮氣為保護氣氛進行球磨48h；然后加入步驟(3)得到的h-BN@Ni懸浮液，以氮氣為保護氣氛繼續(xù)球磨4h，得球磨液。

(5)將步驟(4)得到的球磨液在真空干燥箱中100℃下干燥24h，然后過120目篩，得到混合粉料，密封備用。

(6)將步驟(5)得到的混合粉料裝入石墨模具，經冷壓成型后放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。燒結工藝參數(shù)為：升溫速率15℃/min，保溫溫度1500℃，保溫時間15min，熱壓壓力25MPa。

對比例1：添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 32.5％，(W,Ti)C 65％，h-BN 2％，MgO 0.5％。制備方法如下：

(1)懸浮液的配制

稱取32.5gα-Al₂O₃粉體和0.65g聚乙二醇，先將聚乙二醇加入120mL無水乙醇中，在35℃水浴中攪拌溶解，再加入α-Al₂O₃粉體，超聲分散并攪拌15min，配成α-Al₂O₃懸浮液。稱取65g(W,Ti)C粉體，加入100mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌15min，配成(W,Ti)C懸浮液。稱取2g h-BN原料粉體，加入40mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌15min，配成h-BN懸浮液。

(2)復相懸浮液的配制、球磨

將步驟(1)得到的α-Al₂O₃懸浮液和(W,Ti)C懸浮液混合，然后添加0.5g MgO粉體，超聲分散并攪拌20min，將得到的復相懸浮液倒入球磨罐，加入1kg硬質合金研磨球，以氮氣為保護氣氛進行球磨48h；然后加入步驟(1)得到的h-BN懸浮液，以氮氣為保護氣氛繼續(xù)球磨4h，得球磨液。

(3)將步驟(2)得到的球磨液在真空干燥箱中100℃下干燥24h，然后過120目篩，得到混合粉料，密封備用。

(4)將步驟(3)得到的混合粉料裝入石墨模具，經冷壓成型后放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。燒結工藝參數(shù)為：升溫速率15℃/min，保溫溫度1500℃，保溫時間15min，熱壓壓力25MPa。

由圖1可見h-BN原料粉體為片狀結構，表面平整。由圖2可見h-BN@Ni復合粉體仍然是片狀結構，表面因緊密包覆著細小粒子而比較粗糙。圖3中h-BN@Ni復合粉體的X射線衍射圖譜有h-BN的衍射峰和Ni的衍射峰，沒有雜質峰出現(xiàn)，表明包覆層為晶態(tài)金屬Ni。結合圖2、圖3可見根據(jù)本發(fā)明的方法可以制備出鎳包覆六方氮化硼核殼結構復合粉體。由圖4可見添加h-BN@Ni復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的h-BN晶粒分布比較均勻、與陶瓷基體結合緊密，陶瓷基體晶粒大小均勻、排列致密。由圖5可見添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的h-BN晶粒有明顯的團聚現(xiàn)象，形成了卡片房式結構，陶瓷基體晶粒大小不均、有異常長大現(xiàn)象，排列不致密、氣孔較多。圖4和圖5表明添加鎳包覆六方氮化硼代替六方氮化硼作為固體潤滑劑可以改善自潤滑陶瓷刀具材料的顯微結構和燒結致密度。

經測試，實施例1制備的添加h-BN@Ni核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能為：抗彎強度621MPa、硬度16.3GPa、斷裂韌性5.5MPa·m^1/2；對比例1制備的添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能為：抗彎強度578MPa、硬度15.1GPa、斷裂韌性4.8MPa·m^1/2。可見前者的抗彎強度、硬度和斷裂韌性分別比后者提高了7.4％、7.9％和14.6％。

實施例2：添加h-BN@Ni核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 37％，(W,Ti)C 58.5％，h-BN@Ni按復合粉體中的h-BN的質量計4％，MgO 0.5％。制備方法如下：

(1)h-BN粉體的敏化、活化

稱取5g SnCl₂·2H₂O，加入200mL無水乙醇中并攪拌溶解，得到敏化液。將0.1g PdCl₂加入2mL濃鹽酸中，攪拌溶解后加蒸餾水至200mL，得到活化液。稱取4g h-BN原料粉體加入敏化液中，超聲震蕩3min，離心分離并用無水乙醇清洗1次，然后用蒸餾水清洗1次。將敏化后的h-BN粉體加入活化液中，超聲震蕩7min，離心分離并用無水乙醇清洗4次，在真空干燥箱中50℃下干燥8h，備用。

(2)化學鍍制備h-BN@Ni復合粉體

稱取14g NaOH，加入150mL蒸餾水中，攪拌溶解并加蒸餾水至200mL，配成70g/L的NaOH溶液；稱取20g NiSO₄·6H₂O、55g Na₃C₆H₅O₇·2H₂O和35g H₃BO₃，分別加入150-200mL蒸餾水中，在35℃的水浴中攪拌使之溶解，分別得到澄清溶液；將NiSO₄·6H₂O溶液緩慢加入Na₃C₆H₅O₇·2H₂O溶液中，邊加邊攪拌，然后再緩慢加入H₃BO₃溶液，邊加邊攪拌，得到混合溶液；向混合溶液中滴加入NaOH溶液，邊加邊攪拌，使混合溶液的pH值達到12。量取70mL水合肼，滴加到混合溶液中，邊加邊攪拌，然后加入蒸餾水至1000mL并攪拌均勻，得到化學鍍液。將步驟(1)活化后的h-BN粉體加入上述化學鍍液中，在75℃的恒溫水浴中進行化學鍍。在施鍍過程中保持超聲震蕩并隨時滴加NaOH溶液使化學鍍液的pH值保持為12。施鍍完畢后將固態(tài)顆粒離心分離并用蒸餾水清洗至中性，再用無水乙醇清洗3次，然后在真空干燥箱中50℃下干燥8h，得到h-BN@Ni復合粉體。

(3)懸浮液的配制

稱取37gα-Al₂O₃粉體和0.74g聚乙二醇，先將聚乙二醇加入120mL無水乙醇中，在40℃水浴中攪拌溶解，再加入α-Al₂O₃粉體，超聲分散并攪拌20min，配成α-Al₂O₃懸浮液。稱取58.5g(W,Ti)C粉體，加入90mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成(W,Ti)C懸浮液。將步驟(2)得到的h-BN@Ni復合粉體加入60mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成h-BN@Ni懸浮液。

(4)復相懸浮液的配制、球磨

將步驟(3)得到的α-Al₂O₃懸浮液和(W,Ti)C懸浮液混合，然后添加0.5g MgO粉體，超聲分散并攪拌20min，將得到的復相懸浮液倒入球磨罐，加入1kg硬質合金研磨球，以氮氣為保護氣氛進行球磨45h；然后加入步驟(3)得到的h-BN@Ni懸浮液，以氮氣為保護氣氛繼續(xù)球磨3h，得球磨液。

(5)將步驟(4)得到的球磨液在真空干燥箱中110℃下干燥20h，然后過100目篩，得到混合粉料，密封備用。

(6)將步驟(5)得到的混合粉料裝入石墨模具，經冷壓成型后放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。燒結工藝參數(shù)為：升溫速率10℃/min，保溫溫度1550℃，保溫時間10min，熱壓壓力30MPa。

對比例2：添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 37％，(W,Ti)C 58.5％，h-BN 4％，MgO 0.5％。制備方法如下：

(1)懸浮液的配制

稱取37gα-Al₂O₃粉體和0.74g聚乙二醇，先將聚乙二醇加入120mL無水乙醇中，在40℃水浴中攪拌溶解，再加入α-Al₂O₃粉體，超聲分散并攪拌20min，配成α-Al₂O₃懸浮液。稱取58.5g(W,Ti)C粉體，加入90mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成(W,Ti)C懸浮液。稱取4g h-BN原料粉體，加入60mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成h-BN懸浮液。

(2)復相懸浮液的配制、球磨

將步驟(1)得到的α-Al₂O₃懸浮液和(W,Ti)C懸浮液混合，然后添加0.5g MgO粉體，超聲分散并攪拌20min，將得到的復相懸浮液倒入球磨罐，加入1kg硬質合金研磨球，以氮氣為保護氣氛進行球磨45h；然后加入步驟(1)得到的h-BN懸浮液，以氮氣為保護氣氛繼續(xù)球磨3h，得球磨液。

(3)將步驟(2)得到的球磨液在真空干燥箱中110℃下干燥20h，然后過100目篩，得到混合粉料，密封備用。

(4)將步驟(3)得到的混合粉料裝入石墨模具，經冷壓成型后放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。燒結工藝參數(shù)為：升溫速率10℃/min，保溫溫度1550℃，保溫時間10min，熱壓壓力30MPa。

經測試，實施例2制備的添加h-BN@Ni核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能為：抗彎強度610MPa、硬度15.3GPa、斷裂韌性5.1MPa·m^1/2；對比例2制備的添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能為：抗彎強度536MPa、硬度14.1GPa、斷裂韌性4.2MPa·m^1/2?？梢娗罢叩目箯潖姸?、硬度和斷裂韌性分別比后者提高了13.8％、8.5％和21.4％。

實施例3：添加h-BN@Ni核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 40％，(W,Ti)C 53％，h-BN@Ni按復合粉體中的h-BN的質量計6％，MgO 1％。制備方法如下：

(1)h-BN粉體的敏化、活化

稱取10.5g SnCl₂·2H₂O，加入350mL無水乙醇中并攪拌溶解，得到敏化液。將0.3g PdCl₂加入4mL濃鹽酸中，攪拌溶解后加蒸餾水至350mL，得到活化液。稱取6g h-BN原料粉體加入敏化液中，超聲震蕩5min，離心分離并用無水乙醇清洗1次，然后用蒸餾水清洗1次。將敏化后的h-BN粉體加入活化液中，超聲震蕩7min，離心分離并用無水乙醇清洗4次，在真空干燥箱中60℃下干燥7h，備用。

(2)化學鍍制備h-BN@Ni復合粉體

稱取24g NaOH，加入250mL蒸餾水中，攪拌溶解并加蒸餾水至300mL，配成80g/L的NaOH溶液；稱取30g NiSO₄·6H₂O、70g Na₃C₆H₅O₇·2H₂O和40g H₃BO₃，分別加入200-250mL蒸餾水中，在40℃的水浴中攪拌使之溶解，分別得到澄清溶液；將NiSO₄·6H₂O溶液緩慢加入Na₃C₆H₅O₇·2H₂O溶液中，邊加邊攪拌，然后再緩慢加入H₃BO₃溶液，邊加邊攪拌，得到混合溶液；向混合溶液中滴加入NaOH溶液，邊加邊攪拌，使混合溶液的pH值達到12。量取100mL水合肼，滴加到混合溶液中，邊加邊攪拌，然后加入蒸餾水至1200mL并攪拌均勻，得到化學鍍液。將步驟(1)活化后的h-BN粉體加入化學鍍液中，在85℃的恒溫水浴中進行化學鍍。在施鍍過程中保持超聲震蕩并隨時滴加NaOH溶液使化學鍍液的pH值保持為12。施鍍完畢后將固態(tài)顆粒離心分離并用蒸餾水清洗至中性，再用無水乙醇清洗3次，然后在真空干燥箱中50℃下干燥9h，得到h-BN@Ni復合粉體。

(3)懸浮液的配制

稱取40gα-Al₂O₃粉體和1.2g聚乙二醇，先將聚乙二醇加入125mL無水乙醇中，在30℃水浴中攪拌溶解，再加入α-Al₂O₃粉體，超聲分散并攪拌20min，配成α-Al₂O₃懸浮液。稱取53g(W,Ti)C粉體，加入85mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成(W,Ti)C懸浮液。將步驟(2)得到的h-BN@Ni復合粉體加入80mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成h-BN@Ni懸浮液。

(4)復相懸浮液的配制、球磨

將步驟(3)得到的α-Al₂O₃懸浮液和(W,Ti)C懸浮液混合，然后添加1g MgO粉體，超聲分散并攪拌30min，將得到的復相懸浮液倒入球磨罐，加入1kg硬質合金研磨球，以氮氣為保護氣氛進行球磨40h；然后加入步驟(3)得到的h-BN@Ni懸浮液，以氮氣為保護氣氛繼續(xù)球磨2h，得球磨液。

(5)將步驟(4)得到的球磨液在真空干燥箱中90℃下干燥25h，然后過100目篩，得到混合粉料，密封備用。

(6)將步驟(5)得到的混合粉料裝入石墨模具，經冷壓成型后放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。燒結工藝參數(shù)為：升溫速率20℃/min，保溫溫度1500℃，保溫時間25min，熱壓壓力30MPa。

對比例3：添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料，各組分的質量百分含量為：α-Al₂O₃ 40％，(W,Ti)C 53％，h-BN 6％，MgO 1％。制備方法如下：

(1)懸浮液的配制

稱取40gα-Al₂O₃粉體和1.2g聚乙二醇，先將聚乙二醇加入125mL無水乙醇中，在30℃水浴中攪拌溶解，再加入α-Al₂O₃粉體，超聲分散并攪拌20min，配成α-Al₂O₃懸浮液。稱取53g(W,Ti)C粉體，加入85mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成(W,Ti)C懸浮液。稱取6g h-BN原料粉體，加入80mL無水乙醇中，超聲分散并攪拌20min，配成h-BN懸浮液。

(2)復相懸浮液的配制、球磨

將步驟(1)得到的α-Al₂O₃懸浮液和(W,Ti)C懸浮液混合，然后添加1g MgO粉體，超聲分散并攪拌30min，將得到的復相懸浮液倒入球磨罐，加入1kg硬質合金研磨球，以氮氣為保護氣氛進行球磨40h；然后加入步驟(1)得到的h-BN懸浮液，以氮氣為保護氣氛繼續(xù)球磨2h，得球磨液。

(3)將步驟(2)得到的球磨液在真空干燥箱中90℃下干燥25h，然后過100目篩，得到混合粉料，密封備用。

(4)將步驟(3)得到的混合粉料裝入石墨模具，經冷壓成型后放入真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結。燒結工藝參數(shù)為：升溫速率20℃/min，保溫溫度1500℃，保溫時間25min，熱壓壓力30MPa。

經測試，實施例3制備的添加h-BN@Ni核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能為：抗彎強度550MPa、硬度13.1GPa、斷裂韌性4.1MPa·m^1/2；對比例3制備的添加h-BN粉體的自潤滑陶瓷刀具材料的力學性能為：抗彎強度497MPa、硬度12.3GPa、斷裂韌性3.5MPa·m^1/2?？梢娗罢叩目箯潖姸取⒂捕群蛿嗔秧g性分別比后者提高了10.7％、6.5％和17.1％。