一种叠层复合刀具材料及制备方法与流程

文档序号:12692285阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种叠层复合刀具材料,其特征在于:该材料具有经放电等离子烧结得到的5层对称结构,中心为基体层,由基体层向两侧依次为中间过渡层和外耐磨层,基体层为WC-Co,中间过渡层为WC-Co和Al2O3-Co的混合物,WC-Co在混合物中的质量分数为70~80% ,Al2O3-Co在混合物中的质量分数为20~30%;外耐磨层为WC-Co 和CBN-Co的混合物,WC-Co 在混合物中的质量分数为80~85%,CBN-Co在混合物中的质量分数为15~20%,并且该材料从一侧到另一侧每一层占材料总质量的质量分数分别为:5%、15%、60%、15 %和5%。

2.一种制备如权利要求1所述的叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:通过化学镀在WC、A12O3和CBN三种粉体表面包覆金属Co,得到WC-Co、Al2O3-Co和CBN-Co三种粉体,并以WC-Co作为基体层、Al2O3-Co和WC-Co的混合物为中间过渡层、WC-Co和CBN-Co的混合物为外耐磨层,按照外耐磨层、中间过渡层、基体层、中间过渡层和外耐磨层的顺序,依次装填在石墨模具内后,于真空条件下均匀加压进行放电等离子烧结,然后断电自然冷却至室温,即得到叠层复合刀具材料;

所述化学镀所用的镀液中主盐为15~40 g/l的硫酸钴、络合剂为50 g/l的柠檬酸三钠、还原剂为20~60 g/l的次亚磷酸钠、缓冲剂为25 g/l硼酸,配制镀液的方法为:

(1)用去离子水溶解硫酸钴,得到溶液a

(2)用去离子水溶解柠檬酸三钠,得到澄清溶液b

(3)将溶液a加入溶液b中,搅拌混合溶液,得到主盐络合溶液c

(4)常温下,用去离子水溶解次亚磷酸钠,搅拌均匀,得到溶液d

(5)将溶液d加入主盐络合溶液c中,边加边搅拌,得到溶液e;

(6)用去离子水溶解硼酸,搅拌均匀,得到澄清溶液f

(7)将溶液f加入溶液e中,边加边搅拌,得到镀液;

(8)用氢氧化钠调整镀液的PH值为8~11,然后加去离子水定容;

所述Al2O3-Co和WC-Co的混合物由占混合物质量70~80%的WC-Co和20~30%的Al2O3-Co混合而成,其混合的方法为:

按照WC-Co的质量百分比为70~80%、Al2O3-Co的质量百分比为20~30 %分别取经化学镀得到的WC-Co粉体和Al2O3-Co粉体,倒入装有去离子水的容器中,得到混合物A,去离子水的质量为WC-Co粉体和Al2O3-Co粉体总质量的7~8倍;对混合物A进行超声搅拌,并将混合物A的温度保持在105℃;超声搅拌35min后,按照聚乙二醇和混合物A的质量比为1:80,取聚乙二醇加入到混合物A中,继续超声搅拌,得到混合物B;将所得混合物B真空干燥后过筛,得到Al2O3-Co和WC-Co的混合物;

所述WC-Co和CBN-Co的混合物由占混合物质量80~85%的WC-Co和占混合物质量15~20%的CBN-Co混合而成,其混合的方法为:

按照WC-Co的质量百分比为80~85%、CBN-Co的质量百分比为15~20%分别取经化学镀所得的WC-Co粉体和CBN-Co粉体,倒入装有去离子水的容器中,混匀得到混合物C,去离子水的质量为WC-Co粉体和CBN-Co粉体总质量的7~8倍;对混合物C进行超声搅拌,保持混合物C的温度为105℃;超声搅拌35min后,按照聚乙二醇和混合物C的质量比为1:80,取聚乙二醇加入到混合物C中,继续超声搅拌,得到混合物D;将所得混合物D真空干燥后过筛,得到WC-Co和CBN-Co的混合物;

在所述放电等离子烧结过程中,装填在石墨模具中的外耐磨层、中间过渡层、基体层、中间过渡层和外耐磨层占叠层复合刀具材料的质量分数依次为5%、15%、60%、15 %和5%。

3.根据权利要求2所述的制备叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:所述WC粉体纯度大于99.1%,平均粒径为400nm,理论密度为14.83g/cm3 ;A12O3粉体纯度大于99.97%,平均粒径为150nm,理论密度为3.979 g/cm3;CBN粉体纯度大于99.0%,平均粒径500nm。

4.根据权利要求2所述的制备叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:在对WC、A12O3和CBN三种粉体进行化学镀之前,分别进行预处理,预处理包括粗化、敏化活化和烘干。

5.根据权利要求4所述的制备叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:所述粗化是将待处理的粉体加入粗化液中,于室温下超声波振荡;然后静置至粉体沉降后,将粉体从粗化液中取出,用去离子水清洗沉降的粉体,分离出粉体;所述的粗化液的组成包括20ml/l的氢氟酸和2g/l的氟化铵。

6.根据权利要求4所述的制备叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:所述敏化活化是将经粗化处理后的粉体加入敏化活化液中,于室温下超声波振荡,然后静置至粉体沉降后,取出沉降的粉体,用去离子水清洗后,由离心机分离出粉体;所述敏化活化液的组成包括0.5 g/l的氯化钯、30 g/l的氯化亚锡、160 g/l的氯化钠和60ml/l的盐酸。

7.根据权利要求4所述的制备叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:在所述化学镀之前,将预处理过的粉体分别进行磁力搅拌预分散。

8.根据权利要求2所述的制备叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:所述放电等离子烧结中,从室温上升至1800℃的过程中,环境压力平稳均匀的加至50MPa,之后在温度为1700℃、压力50MPa条件下保温20~30min,然后断电自然冷却至室温。

9.根据权利要求6所述的制备叠层复合刀具材料的方法,其特征在于:所述敏化活化液的配制方法是:

(1)称取0.25g的氯化钯加入30ml浓盐酸中搅拌溶解,完全溶解后变为橙红色透明溶液,再加入去离子水直至50ml,即得到溶液a;(2)称取80g的氯化钠溶于250ml去离子水中,得到溶液b

(3)将溶液a与溶液b混和,搅拌均匀,得到溶液c;

(4)称取15g的氯化亚锡溶于150ml的去离子水中,得到白色的溶液d

(5)把溶液d边搅拌边加入溶液c中,得到深绿色溶液e

(6) 向溶液e加入去离子水定容至500ml,得到深绿色的敏化活化液。

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