专利名称:黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料及其制造方法
本发明所属技术领域：
:工程陶瓷及其制造方法本
发明内容
说明现在公用的白色或灰白色氧化铝陶瓷切削刀具材料的抗磨损失能和冲击韧性不匹配，在加工钢特别是断续切削加工钢、高硬铸铁中容易崩刃，使刀具使用寿命大幅度缩短，增加了刀具的消耗量，给用户带来很大的经济负担;另一方面，以铝铵矾作原料，用热分解高温煅烧获得α-Al2O3粉的出产率很低，烧结性能也差，故刀具的成本高，要获得高性能的氧化铝陶瓷切削刀具材料，需采用热等静压工艺，其设备十分昂贵，至使刀具成本成倍提高。因此，人们希望用一种投资少、刀具成本低、效率高的制造方法来制造成本低、性能优良的切削刀具用氧化铝陶瓷材料。针对上述缺点和用户迫切需要，研究开发了一种能克服上述缺点和满足用户需要的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料及其制造方法。
本发明的技术要点是用价廉的工艺设备和先进的制造方法获得高性能的氧化铝陶瓷切削刀具材料，按照这个宗旨研究开发了由平均晶粒尺寸为2～5微米的细颗粒α-Al2O3、微量碳的化合物和微量铝镁尖晶石组成的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料，其重量百分比为α-Al2O3-99%以上，其余为微量碳的化合物和微量铝镁尖晶石。其中的α-Al2O5是以纯度为98%以上的γ-Al2O3作原料，在1200～1500℃高温条件下煅烧2～4小时，经过粉碎获得的活化的α-Al2O3粉;铝镁尖晶石是在黑色氧化铝陶瓷混合料制备时加入的氧化镁在终烧过程中形成的;碳的化合物是在终烧时碳管炉的碳扩散到终烧素坯中形成的。碳的化合物和铝镁尖晶石的微量存在对氧化铝陶瓷材料是有益的。
黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料的制造工艺由α-Al2O3粉的制备、黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料的制备、黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料素坯的压制成形、压制成形素坯的予烧和予烧素坯终烧五道工序组成。其制造工艺路线及工艺参数如下1.α-Al2O3粉的制备以纯度在98%以上的γ-Al2O3粉作原料，将其置于非真空炉内加热到1200～1500℃保温2～4小时进行煅烧，使γ-Al2O3全部转变成α-Al2O3，然后用蒸馏水和钢球作介质，按钢球α-Al2O3＝3～8∶1、蒸馏水∶α-Al2O3＝0.5～2∶1的重量比，将α-Al2O3粉、钢球和蒸馏水装入钢桶内湿磨50～300小时后，将湿磨后的α-Al2O3泥浆装入恒温容器中，按浓盐酸∶α-Al2O3干粉＝1～2∶1的重量比加入浓盐酸进行20～60小时酸洗除铁处理，其后用蒸馏水将除铁处理后的泥浆洗滌至呈白色为止，最后用蒸馏水将所得白色泥浆稀释，把其悬浮液的PH值控制在1～3范围内进行分选，然后烘干、破碎、擦筛获得小于1～1.5微米不规则的活化α-Al2O3细粉。
2 黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料的制备在α-Al2O3干细粉中加入0.1～2%的氧化镁、0.5～5%的石腊和1.0～10%的油酸，以刚玉球和无水乙醇作介质，按照刚玉球∶混合料＝0.5～1∶1、无水乙醇∶混合料＝0.5～1∶1的重量比，将混合料、刚玉球和无水乙醇装入刚玉桶中湿混2～10小时，然后烘干、破碎和擦筛获得均匀的混合料。
3 黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料素坯的压制成形将前序制备好的混合料装入模具中，以500～2000公斤/厘米2的压力压成各种形状的素坯。
4.压制成形素坯的予烧将压制成形的素坯置于非真空炉内缓慢升漫加热到800～1000℃保温2-4小时后随炉冷至室温获得予烧素坯。
5.予烧素坯的终烧将予烧过的素坯置于通有氢气的电阻式电炉内加热到1500～1700℃保温10～60分钟后随炉冷至室温获得黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料制品。
用本发明的制造方法获得的黑色氧化铝切削刀具材料具有良好的强度、耐磨性能和冲击韧性，它不仅可作成车削刀片，还可作成铣削刀片。在加工高速钢、40Cr调质钢、渗氮淬火耐热钢、灰口铸铁、高硬耐磨铸铁时，其使用寿命比YT15、YG6、YT30等硬质合金刀具提高1～5倍，加工效率提高1～5倍。比同类产品HC20-M的切削速度高22～37%，比Widalox-R的切削速度高6～16%，寿命是HC20-M的2.2倍，是Widalox-R的1.43倍。
本发明材料制成的刀片单价仅为国外的1/2～1/5。
实施例1用本发明的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料制成的车刀和YT15硬质合金刃一车刀进行了切削寿命对比试验，其切削条件和结果如下表1。
表1
实施例2用本发明材料制成车刀与YT30硬质合金车刀进行了切削寿命对比试验，其对比试验条件和结果如表2。
表2
实施例3用本发明材料制成的车刀与YH2硬质合金车刀加工硬镍铸铁，其试验条件和结果列于表3。
表3
实施例4用本发明材料制成机夹可转位车刀与HC20-M和Widalox-R两牌号陶瓷车刀对比试验，其试验条件和结果列于表4。
表权利要求
1.一种黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料，其特征在于所说的氧化铝陶瓷切削刀具材料是由平均晶粒尺寸为2～5微米的细颗粒α-Al2O3、微量碳的化合物和微量铝镁尖晶石组成的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料，其重量百分比为α-Al2O3-99%以上，其余为微量碳的化合物和微量铝镁尖晶石。
2.一种根据权利要求
1所说的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料的制造方法，其特征在于所说的制造方法是由α-Al2O3粉末的制备、黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料的制备、黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料素坯的压制成形、压制成形素坯的予烧和予烧素坯的终烧工序组成。
3.一种根据权利要求
2所说的黑色氧化铝陶瓷切削刀具的制造方法，其特征在于所说的α-Al2O3粉的制备是将纯度在98%以上的γ-Al2O3粉置于非真空炉内加热到1200～1500℃保温2～4小时进行煅烧，使γ-Al2O3全部转变成α-Al2O3，然后用蒸馏水和钢球作介质，按钢球α-Al2O3＝3～8∶1，蒸馏水∶α-Al2O3＝0.5～2∶1的重量比，将α-Al2O3粉、钢球和蒸馏水装入钢桶内湿磨50～300小时后，将湿磨后的α-Al2O3泥浆装入恒温容器中，按浓盐酸α-Al2O3干粉＝1～2∶1的重量比加入浓盐酸进行20～60小时酸洗除铁处理，其后用蒸馏水将除铁处理后的泥浆洗涤至呈白色为止，最后用蒸馏水将所得白色泥浆稀释，把其悬浮液的PH值控制在1～3范围内进行分选，然后烘干、破碎，擦筛获得小于1～1.5微米不规则的活化α-Al2O3细粉。
4.一种根据权利要求
2所说的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料的制造方法，其特征在于所说的黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料的制备是在γ-Al2O3干粉中加入0.1～2%的氧化镁、0.5～5%的石腊和1～10.0%的油酸，以刚玉球和无水乙醇作介质，按照刚玉球∶混合料＝0.5～1∶1，无水乙醇∶混合料＝0.5～1∶1的重量比，将混合料、刚玉球和无水乙醇装入刚玉桶中湿混2～10小时，然后烘干、破碎和擦筛获得均匀的混合料。
5.一种根据权利要求
2所说的、黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料的制造方法，其特征在于所说的黑色氧化铝陶瓷切削刀具用混合料素坯的压制成形是将前序获得的混合料装入模具中，以500～2000公斤/厘米2的压力冷压成各种形状的素坯。
6.一种根据权利要求
2、5所说的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料的制造方法，其特征在于所说的压制成形的素坯予烧是将该素坯置于非真空炉内缓慢加热升温到800～1000℃，保温2～4小时后随炉冷至室温获得予烧素坯。
7.一种根据权利要求
2、6所说的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料的制造方法，其特征在于所说的予烧素坯的终烧是将予烧后的素坯置于通有氢气的电阻式电炉内加热到1500～1700℃保温10～60分钟进行终烧获得黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料。
专利摘要
本发明的黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料由99％以上的细晶粒α-Al
文档编号C04B35/10GK85102067SQ85102067
公开日1987年1月31日 申请日期1985年4月1日
发明者李义庭, 刘庆乃, 汪巾雄 申请人:机械工业部成都工具研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan