一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种氧化铝?氮化钛?碳化钒刀具材料及其制备方法，由如下重量份数的原料制成：纳米氧化铝、纳米氮化钛、碳化钒、氧化铋、氧化锡、羰基镍粉、乙酰丙酮铁、纳米高岭土、玻璃纤维、碳化硅、氧化镧、纳米炭黑、二氧化锰、氧化锌、二硼化钛、偏硼酸钙、氢化钛、三氧化二钕。本发明提供的刀具材料的维氏硬度为13.7~16.2GPa，断裂韧性为4.98~5.56 MPa?m1/2，抗弯强度达616MPa以上，综合力学性能好，符合行业对刀具材料的高规格的应用需求。
【专利说明】
一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于刀具材料领域，具体涉及一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 金属切削刀具是一种极其重要的工业加工品。常用刀具材料分为以下几类：（1)高 速钢材料；（2)硬质合金材料；（3)陶瓷刀具材料；（4)超硬刀具材料。刀具材料经过高速钢和 硬质合金发展历程，正朝陶瓷刀具材料方向发展。陶瓷材料具有优异的耐热性、高硬度、耐 磨性和化学稳定性，成为一种理想的高速切削刀具材料，但是，陶瓷材料本身致命的弱点是 脆性较大、断裂韧度较低，限制了陶瓷刀具材料的应用和推广。
[0003] 随着科学技术的发展，机械加工业对刀具材料也提出了更高的要求，例如加工硬 度更高的材料、加工结构形状复杂的材料、提高切削效率、实现精加工等要求。因而有必要 制备出高强度、高韧性、耐磨和耐热冲击性综合性能更好的刀具材料，以满足更高的应用需 求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决现有技术问题的至少一种，提供一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具 材料及其制备方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的： 本发明公开了一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，由如下重量份数的原料制成:纳 米氧化错32-60份、纳米氮化钦15-27份、碳化fjil 1_18份、氧化祕4_9份、氧化锡2_8份、幾基 镍粉3-8份、乙酰丙酮铁1-6份、纳米高岭土 7-15份、玻璃纤维7-17份、碳化硅1-3份、氧化镧 2-5份、纳米炭黑6-14份、二氧化猛8_15份、氧化锌4_9份、二硼化钦3_9份、偏硼酸|丐1 -7份、 氢化钛4-10份、三氧化二钕5-9份。
[0006] 优选的，所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，由如下重量份数的原料制成:纳 米氧化铝53份、纳米氮化钛19份、碳化钒13份、氧化铋5份、氧化锡7份、羰基镍粉5份、乙酰丙 酮铁3份、纳米高岭土 12份、玻璃纤维13份、碳化硅1.8份、氧化镧3.4份、纳米炭黑8份、二氧 化锰10份、氧化锌6份、二硼化钛6份、偏硼酸钙3份、氢化钛7份、三氧化二钕6份。
[0007] 所述纳米高岭土的粒径小于500nm。
[0008]本发明还提供所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，包括以下步 骤： (1) 按照上述重量份配比称重原料，将所有原料加入球磨机中进行湿磨，真空干燥后筛 分，得到混合粉末； (2) 对步骤(1)中混合粉末采用热等静压法压制成型，得到坯体； (3) 将步骤(2)中坯体置入烧结炉中，其烧结工艺为:先在400-600°C下进行预保温40-80min，然后在700-900 °C下保温30-80min，最后在1360-1580 °C下保温50-100min;随炉冷却 后即得所述刀具材料。
[0009] 优选的，所述步骤(1)中混合粉末的平均粒径小于150um。
[0010] 所述步骤(2)中等静压成型的条件为:压制温度为820°C，压制压力为135MPa，保温 时间为68min。
[0011] 所述步骤(3)中烧结工艺为：先在460°C下进行预保温52min，然后在820°C下保温 47min，最后在1450 °C下保温85min。
[0012] 由于采用了以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果： 本发明提供的刀具材料的维氏硬度为13.7~16.2GPa，断裂韧性为4.98~5.56 MPa.mV2， 抗弯强度达616MPa以上，综合力学性能好，符合行业对刀具材料的高规格的应用需求。通过 对比试验可知，在相同制备工艺条件下，碳化钒、乙酰丙酮铁和氢化钛组分，以及羰基镍粉、 氧化镧和三氧化二钕对制备的刀具材料的前度、韧性、硬度性能指标均产生一定影响。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。
[0014] 实施例1 本实施例一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，由如下重量份数的原料制成:纳米氧 化铝32份、纳米氮化钛15份、碳化钒11份、氧化铋4份、氧化锡2份、羰基镍粉3份、乙酰丙酮铁 1份、纳米高岭土7份、玻璃纤维7份、碳化娃1份、氧化镧2份、纳米炭黑6份、二氧化猛8份、氧 化锌4份、二硼化钛3份、偏硼酸钙1份、氢化钛4份、三氧化二钕5份。
[0015] 所述纳米高岭土的粒径小于500nm。
[0016] 本实施例所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 按照上述重量份配比称重原料，将所有原料加入球磨机中进行湿磨，真空干燥后筛 分，得到平均粒径小于150um的混合粉末； (2) 对步骤（1)中混合粉末采用热等静压法压制成型，得到坯体，所述等静压成型的条 件为:压制温度为820°C，压制压力为135MPa，保温时间为68min; (3) 将步骤(2)中坯体置入烧结炉中，其烧结工艺为:先在400°C下进行预保温40min，然 后在700°C下保温30min，最后在1360°C下保温50min;随炉冷却后即得所述刀具材料。
[0017] 实施例2 本实施例一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，由如下重量份数的原料制成:纳米氧 化铝60份、纳米氮化钛27份、碳化钒18份、氧化铋9份、氧化锡8份、羰基镍粉8份、乙酰丙酮铁 6份、纳米高岭土 15份、玻璃纤维17份、碳化娃3份、氧化镧5份、纳米炭黑14份、二氧化猛15 份、氧化锌9份、二硼化钛9份、偏硼酸钙7份、氢化钛10份、三氧化二钕9份。
[0018] 所述纳米高岭土的粒径小于500nm。
[0019]本实施例所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 按照上述重量份配比称重原料，将所有原料加入球磨机中进行湿磨，真空干燥后筛 分，得到平均粒径小于150um的混合粉末； (2) 对步骤（1)中混合粉末采用热等静压法压制成型，得到坯体，所述等静压成型的条 件为:压制温度为820°C，压制压力为135MPa，保温时间为68min; (3)将步骤(2)中坯体置入烧结炉中，其烧结工艺为:先在600°C下进行预保温80min，然 后在900°C下保温80min，最后在1580°C下保温lOOmin;随炉冷却后即得所述刀具材料。 [0020] 实施例3 本实施例一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，由如下重量份数的原料制成:纳米氧 化铝46份、纳米氮化钛21份、碳化钒14份、氧化铋6份、氧化锡5份、羰基镍粉5份、乙酰丙酮铁 3份、纳米高岭土11份、玻璃纤维12份、碳化娃2份、氧化镧3.5份、纳米炭黑10份、二氧化猛11 份、氧化锌6份、二硼化钛6份、偏硼酸钙4份、氢化钛7份、三氧化二钕7份。
[0021 ] 所述纳米高岭土的粒径小于500nm。
[0022] 本实施例所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 按照上述重量份配比称重原料，将所有原料加入球磨机中进行湿磨，真空干燥后筛 分，得到平均粒径小于150um的混合粉末； (2) 对步骤（1)中混合粉末采用热等静压法压制成型，得到坯体，所述等静压成型的条 件为:压制温度为820°C，压制压力为135MPa，保温时间为68min; (3) 将步骤(2)中坯体置入烧结炉中，其烧结工艺为:先在500°C下进行预保温60min，然 后在800°C下保温55min，最后在1470°C下保温75min;随炉冷却后即得所述刀具材料。
[0023] 实施例4 本实施例一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，由如下重量份数的原料制成:纳米氧 化铝53份、纳米氮化钛19份、碳化钒13份、氧化铋5份、氧化锡7份、羰基镍粉5份、乙酰丙酮铁 3份、纳米高岭土 12份、玻璃纤维13份、碳化娃1.8份、氧化镧3.4份、纳米炭黑8份、二氧化猛 10份、氧化锌6份、二硼化钛6份、偏硼酸钙3份、氢化钛7份、三氧化二钕6份。
[0024] 所述纳米高岭土的粒径小于500nm。
[0025] 本实施例所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 按照上述重量份配比称重原料，将所有原料加入球磨机中进行湿磨，真空干燥后筛 分，得到平均粒径小于150um的混合粉末； (2) 对步骤（1)中混合粉末采用热等静压法压制成型，得到坯体，所述等静压成型的条 件为:压制温度为820°C，压制压力为135MPa，保温时间为68min; (3) 将步骤(2)中坯体置入烧结炉中，其烧结工艺为:先在460°C下进行预保温52min，然 后在820°C下保温47min，最后在1450°C下保温85min;随炉冷却后即得所述刀具材料。
[0026] 实施例5 本实施例一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，由如下重量份数的原料制成:纳米氧 化铝52份、纳米氮化钛25份、碳化钒13份、氧化铋5份、氧化锡6份、羰基镍粉7份、乙酰丙酮铁 5份、纳米高岭土 8份、玻璃纤维9份、碳化娃1份、氧化镧3份、纳米炭黑9份、二氧化猛12份、氧 化锌6份、二硼化钛7份、偏硼酸钙4份、氢化钛6份、三氧化二钕6份。
[0027] 所述纳米高岭土的粒径小于500nm。
[0028] 本实施例所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 按照上述重量份配比称重原料，将所有原料加入球磨机中进行湿磨，真空干燥后筛 分，得到平均粒径小于150um的混合粉末； (2) 对步骤（1)中混合粉末采用热等静压法压制成型，得到坯体，所述等静压成型的条 件为:压制温度为820°C，压制压力为135MPa，保温时间为68min; (3)将步骤(2)中坯体置入烧结炉中，其烧结工艺为:先在460°C下进行预保温52min，然 后在820°C下保温47min，最后在1450°C下保温85min;随炉冷却后即得所述刀具材料。
[0029] 对比例1 本对比例与实施例1的区别之处在于:不包括碳化钒、乙酰丙酮铁和氢化钛。
[0030] 对比例2 本对比例与实施例1的区别之处在于:不包括羰基镍粉、氧化镧和三氧化二钕。
[0031] 性能测试 下表为实施例1-5和对比例1、2的性能测试结果：
由以上测试结果可知，本发明提供的刀具材料的维氏硬度为13.7~16.2GPa，断裂韧性 为4· 98~5 · 56 MPa'm1/2，抗弯强度达616MPa以上，综合力学性能好。
[0032] 将实施例1与对比例1、2比较可知，在相同制备工艺条件下，碳化钒、乙酰丙酮铁和 氢化钛组分，以及羰基镍粉、氧化镧和三氧化二钕对制备的刀具材料的前度、韧性、硬度性 能指标均产生一定影响。
【主权项】
1. 一种氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成:纳 米氧化错32-60份、纳米氮化钦15-27份、碳化fjil 1_18份、氧化祕4_9份、氧化锡2_8份、幾基 镍粉3-8份、乙酰丙酮铁1-6份、纳米高岭土 7-15份、玻璃纤维7-17份、碳化硅1-3份、氧化镧 2-5份、纳米炭黑6-14份、二氧化猛8_15份、氧化锌4_9份、二硼化钦3_9份、偏硼酸|丐1 -7份、 氢化钛4-10份、三氧化二钕5-9份。2. 根据权利要求1所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，其特征在于，由如下重量份 数的原料制成:纳米氧化铝53份、纳米氮化钛19份、碳化钒13份、氧化铋5份、氧化锡7份、羰 基镍粉5份、乙酰丙酮铁3份、纳米高岭土 12份、玻璃纤维13份、碳化硅1.8份、氧化镧3.4份、 纳米炭黑8份、二氧化锰10份、氧化锌6份、二硼化钛6份、偏硼酸钙3份、氢化钛7份、三氧化二 钕6份。3. 根据权利要求1或2所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料，其特征在于，所述纳米 高岭土的粒径小于500nm。4. 如权利要求1-3任意一项所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，其特 征在于包括以下步骤： (1) 按照上述重量份配比称重原料，将所有原料加入球磨机中进行湿磨，真空干燥后筛 分，得到混合粉末； (2) 对步骤(1)中混合粉末采用热等静压法压制成型，得到坯体； (3) 将步骤(2)中坯体置入烧结炉中，其烧结工艺为：先在400-600°C下进行预保温40-80min，然后在700-900 °C下保温30-80min，最后在1360-1580 °C下保温50-100min;随炉冷却 后即得所述刀具材料。5. 根据权利要求4所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，其特征在于，所 述步骤(1)中混合粉末的平均粒径小于150um。6. 根据权利要求4所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，其特征在于，所 述步骤（2)中等静压成型的条件为：压制温度为820°C，压制压力为135MPa，保温时间为 68min〇7. 根据权利要求4所述的氧化铝-氮化钛-碳化钒刀具材料的制备方法，其特征在于，所 述步骤(3)中烧结工艺为：先在460°C下进行预保温52min，然后在820°C下保温47min，最后 在1450°C下保温85min。
【文档编号】C04B35/622GK105884338SQ201610216442
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】姚振红
【申请人】苏州捷德瑞精密机械有限公司