一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種氧化鋁?氮化鈦?碳化釩刀具材料及其制備方法，由如下重量份數的原料制成：納米氧化鋁、納米氮化鈦、碳化釩、氧化鉍、氧化錫、羰基鎳粉、乙酰丙酮鐵、納米高嶺土、玻璃纖維、碳化硅、氧化鑭、納米炭黑、二氧化錳、氧化鋅、二硼化鈦、偏硼酸鈣、氫化鈦、三氧化二釹。本發明提供的刀具材料的維氏硬度為13.7~16.2GPa，斷裂韌性為4.98~5.56 MPa?m1/2，抗彎強度達616MPa以上，綜合力學性能好，符合行業對刀具材料的高規格的應用需求。
【專利說明】
一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于刀具材料領域，具體涉及一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 金屬切削刀具是一種極其重要的工業加工品。常用刀具材料分為以下幾類：（1)高 速鋼材料；（2)硬質合金材料；（3)陶瓷刀具材料；（4)超硬刀具材料。刀具材料經過高速鋼和 硬質合金發展歷程，正朝陶瓷刀具材料方向發展。陶瓷材料具有優異的耐熱性、高硬度、耐 磨性和化學穩定性，成為一種理想的高速切削刀具材料，但是，陶瓷材料本身致命的弱點是 脆性較大、斷裂韌度較低，限制了陶瓷刀具材料的應用和推廣。
[0003] 隨著科學技術的發展，機械加工業對刀具材料也提出了更高的要求，例如加工硬 度更高的材料、加工結構形狀復雜的材料、提高切削效率、實現精加工等要求。因而有必要 制備出高強度、高韌性、耐磨和耐熱沖擊性綜合性能更好的刀具材料，以滿足更高的應用需 求。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決現有技術問題的至少一種，提供一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具 材料及其制備方法。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的： 本發明公開了一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，由如下重量份數的原料制成:納 米氧化錯32-60份、納米氮化欽15-27份、碳化fjil 1_18份、氧化祕4_9份、氧化錫2_8份、幾基 鎳粉3-8份、乙酰丙酮鐵1-6份、納米高嶺土 7-15份、玻璃纖維7-17份、碳化硅1-3份、氧化鑭 2-5份、納米炭黑6-14份、二氧化猛8_15份、氧化鋅4_9份、二硼化欽3_9份、偏硼酸|丐1 -7份、 氫化鈦4-10份、三氧化二釹5-9份。
[0006] 優選的，所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，由如下重量份數的原料制成:納 米氧化鋁53份、納米氮化鈦19份、碳化釩13份、氧化鉍5份、氧化錫7份、羰基鎳粉5份、乙酰丙 酮鐵3份、納米高嶺土 12份、玻璃纖維13份、碳化硅1.8份、氧化鑭3.4份、納米炭黑8份、二氧 化錳10份、氧化鋅6份、二硼化鈦6份、偏硼酸鈣3份、氫化鈦7份、三氧化二釹6份。
[0007] 所述納米高嶺土的粒徑小于500nm。
[0008]本發明還提供所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，包括以下步 驟： (1) 按照上述重量份配比稱重原料，將所有原料加入球磨機中進行濕磨，真空干燥后篩 分，得到混合粉末； (2) 對步驟(1)中混合粉末采用熱等靜壓法壓制成型，得到坯體； (3) 將步驟(2)中坯體置入燒結爐中，其燒結工藝為:先在400-600°C下進行預保溫40-80min，然后在700-900 °C下保溫30-80min，最后在1360-1580 °C下保溫50-100min;隨爐冷卻 后即得所述刀具材料。
[0009] 優選的，所述步驟(1)中混合粉末的平均粒徑小于150um。
[0010] 所述步驟(2)中等靜壓成型的條件為:壓制溫度為820°C，壓制壓力為135MPa，保溫 時間為68min。
[0011] 所述步驟(3)中燒結工藝為：先在460°C下進行預保溫52min，然后在820°C下保溫 47min，最后在1450 °C下保溫85min。
[0012] 由于采用了以上技術方案，本發明與現有技術相比具有如下有益效果： 本發明提供的刀具材料的維氏硬度為13.7~16.2GPa，斷裂韌性為4.98~5.56 MPa.mV2， 抗彎強度達616MPa以上，綜合力學性能好，符合行業對刀具材料的高規格的應用需求。通過 對比試驗可知，在相同制備工藝條件下，碳化釩、乙酰丙酮鐵和氫化鈦組分，以及羰基鎳粉、 氧化鑭和三氧化二釹對制備的刀具材料的前度、韌性、硬度性能指標均產生一定影響。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合具體實施例，對本發明作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明， 但不用來限制本發明的范圍。
[0014] 實施例1 本實施例一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，由如下重量份數的原料制成:納米氧 化鋁32份、納米氮化鈦15份、碳化釩11份、氧化鉍4份、氧化錫2份、羰基鎳粉3份、乙酰丙酮鐵 1份、納米高嶺土7份、玻璃纖維7份、碳化娃1份、氧化鑭2份、納米炭黑6份、二氧化猛8份、氧 化鋅4份、二硼化鈦3份、偏硼酸鈣1份、氫化鈦4份、三氧化二釹5份。
[0015] 所述納米高嶺土的粒徑小于500nm。
[0016] 本實施例所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照上述重量份配比稱重原料，將所有原料加入球磨機中進行濕磨，真空干燥后篩 分，得到平均粒徑小于150um的混合粉末； (2) 對步驟（1)中混合粉末采用熱等靜壓法壓制成型，得到坯體，所述等靜壓成型的條 件為:壓制溫度為820°C，壓制壓力為135MPa，保溫時間為68min; (3) 將步驟(2)中坯體置入燒結爐中，其燒結工藝為:先在400°C下進行預保溫40min，然 后在700°C下保溫30min，最后在1360°C下保溫50min;隨爐冷卻后即得所述刀具材料。
[0017] 實施例2 本實施例一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，由如下重量份數的原料制成:納米氧 化鋁60份、納米氮化鈦27份、碳化釩18份、氧化鉍9份、氧化錫8份、羰基鎳粉8份、乙酰丙酮鐵 6份、納米高嶺土 15份、玻璃纖維17份、碳化娃3份、氧化鑭5份、納米炭黑14份、二氧化猛15 份、氧化鋅9份、二硼化鈦9份、偏硼酸鈣7份、氫化鈦10份、三氧化二釹9份。
[0018] 所述納米高嶺土的粒徑小于500nm。
[0019]本實施例所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照上述重量份配比稱重原料，將所有原料加入球磨機中進行濕磨，真空干燥后篩 分，得到平均粒徑小于150um的混合粉末； (2) 對步驟（1)中混合粉末采用熱等靜壓法壓制成型，得到坯體，所述等靜壓成型的條 件為:壓制溫度為820°C，壓制壓力為135MPa，保溫時間為68min; (3)將步驟(2)中坯體置入燒結爐中，其燒結工藝為:先在600°C下進行預保溫80min，然 后在900°C下保溫80min，最后在1580°C下保溫lOOmin;隨爐冷卻后即得所述刀具材料。 [0020] 實施例3 本實施例一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，由如下重量份數的原料制成:納米氧 化鋁46份、納米氮化鈦21份、碳化釩14份、氧化鉍6份、氧化錫5份、羰基鎳粉5份、乙酰丙酮鐵 3份、納米高嶺土11份、玻璃纖維12份、碳化娃2份、氧化鑭3.5份、納米炭黑10份、二氧化猛11 份、氧化鋅6份、二硼化鈦6份、偏硼酸鈣4份、氫化鈦7份、三氧化二釹7份。
[0021 ] 所述納米高嶺土的粒徑小于500nm。
[0022] 本實施例所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照上述重量份配比稱重原料，將所有原料加入球磨機中進行濕磨，真空干燥后篩 分，得到平均粒徑小于150um的混合粉末； (2) 對步驟（1)中混合粉末采用熱等靜壓法壓制成型，得到坯體，所述等靜壓成型的條 件為:壓制溫度為820°C，壓制壓力為135MPa，保溫時間為68min; (3) 將步驟(2)中坯體置入燒結爐中，其燒結工藝為:先在500°C下進行預保溫60min，然 后在800°C下保溫55min，最后在1470°C下保溫75min;隨爐冷卻后即得所述刀具材料。
[0023] 實施例4 本實施例一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，由如下重量份數的原料制成:納米氧 化鋁53份、納米氮化鈦19份、碳化釩13份、氧化鉍5份、氧化錫7份、羰基鎳粉5份、乙酰丙酮鐵 3份、納米高嶺土 12份、玻璃纖維13份、碳化娃1.8份、氧化鑭3.4份、納米炭黑8份、二氧化猛 10份、氧化鋅6份、二硼化鈦6份、偏硼酸鈣3份、氫化鈦7份、三氧化二釹6份。
[0024] 所述納米高嶺土的粒徑小于500nm。
[0025] 本實施例所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照上述重量份配比稱重原料，將所有原料加入球磨機中進行濕磨，真空干燥后篩 分，得到平均粒徑小于150um的混合粉末； (2) 對步驟（1)中混合粉末采用熱等靜壓法壓制成型，得到坯體，所述等靜壓成型的條 件為:壓制溫度為820°C，壓制壓力為135MPa，保溫時間為68min; (3) 將步驟(2)中坯體置入燒結爐中，其燒結工藝為:先在460°C下進行預保溫52min，然 后在820°C下保溫47min，最后在1450°C下保溫85min;隨爐冷卻后即得所述刀具材料。
[0026] 實施例5 本實施例一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，由如下重量份數的原料制成:納米氧 化鋁52份、納米氮化鈦25份、碳化釩13份、氧化鉍5份、氧化錫6份、羰基鎳粉7份、乙酰丙酮鐵 5份、納米高嶺土 8份、玻璃纖維9份、碳化娃1份、氧化鑭3份、納米炭黑9份、二氧化猛12份、氧 化鋅6份、二硼化鈦7份、偏硼酸鈣4份、氫化鈦6份、三氧化二釹6份。
[0027] 所述納米高嶺土的粒徑小于500nm。
[0028] 本實施例所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 按照上述重量份配比稱重原料，將所有原料加入球磨機中進行濕磨，真空干燥后篩 分，得到平均粒徑小于150um的混合粉末； (2) 對步驟（1)中混合粉末采用熱等靜壓法壓制成型，得到坯體，所述等靜壓成型的條 件為:壓制溫度為820°C，壓制壓力為135MPa，保溫時間為68min; (3)將步驟(2)中坯體置入燒結爐中，其燒結工藝為:先在460°C下進行預保溫52min，然 后在820°C下保溫47min，最后在1450°C下保溫85min;隨爐冷卻后即得所述刀具材料。
[0029] 對比例1 本對比例與實施例1的區別之處在于:不包括碳化釩、乙酰丙酮鐵和氫化鈦。
[0030] 對比例2 本對比例與實施例1的區別之處在于:不包括羰基鎳粉、氧化鑭和三氧化二釹。
[0031] 性能測試 下表為實施例1-5和對比例1、2的性能測試結果：
由以上測試結果可知，本發明提供的刀具材料的維氏硬度為13.7~16.2GPa，斷裂韌性 為4· 98~5 · 56 MPa'm1/2，抗彎強度達616MPa以上，綜合力學性能好。
[0032] 將實施例1與對比例1、2比較可知，在相同制備工藝條件下，碳化釩、乙酰丙酮鐵和 氫化鈦組分，以及羰基鎳粉、氧化鑭和三氧化二釹對制備的刀具材料的前度、韌性、硬度性 能指標均產生一定影響。
【主權項】
1. 一種氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，其特征在于，由如下重量份數的原料制成:納 米氧化錯32-60份、納米氮化欽15-27份、碳化fjil 1_18份、氧化祕4_9份、氧化錫2_8份、幾基 鎳粉3-8份、乙酰丙酮鐵1-6份、納米高嶺土 7-15份、玻璃纖維7-17份、碳化硅1-3份、氧化鑭 2-5份、納米炭黑6-14份、二氧化猛8_15份、氧化鋅4_9份、二硼化欽3_9份、偏硼酸|丐1 -7份、 氫化鈦4-10份、三氧化二釹5-9份。2. 根據權利要求1所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，其特征在于，由如下重量份 數的原料制成:納米氧化鋁53份、納米氮化鈦19份、碳化釩13份、氧化鉍5份、氧化錫7份、羰 基鎳粉5份、乙酰丙酮鐵3份、納米高嶺土 12份、玻璃纖維13份、碳化硅1.8份、氧化鑭3.4份、 納米炭黑8份、二氧化錳10份、氧化鋅6份、二硼化鈦6份、偏硼酸鈣3份、氫化鈦7份、三氧化二 釹6份。3. 根據權利要求1或2所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料，其特征在于，所述納米 高嶺土的粒徑小于500nm。4. 如權利要求1-3任意一項所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，其特 征在于包括以下步驟： (1) 按照上述重量份配比稱重原料，將所有原料加入球磨機中進行濕磨，真空干燥后篩 分，得到混合粉末； (2) 對步驟(1)中混合粉末采用熱等靜壓法壓制成型，得到坯體； (3) 將步驟(2)中坯體置入燒結爐中，其燒結工藝為：先在400-600°C下進行預保溫40-80min，然后在700-900 °C下保溫30-80min，最后在1360-1580 °C下保溫50-100min;隨爐冷卻 后即得所述刀具材料。5. 根據權利要求4所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟(1)中混合粉末的平均粒徑小于150um。6. 根據權利要求4所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟（2)中等靜壓成型的條件為：壓制溫度為820°C，壓制壓力為135MPa，保溫時間為 68min〇7. 根據權利要求4所述的氧化鋁-氮化鈦-碳化釩刀具材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟(3)中燒結工藝為：先在460°C下進行預保溫52min，然后在820°C下保溫47min，最后 在1450°C下保溫85min。
【文檔編號】C04B35/622GK105884338SQ201610216442
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】姚振紅
【申請人】蘇州捷德瑞精密機械有限公司