一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法
一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，属于粉末冶金技术领域。
【背景技术】
[0002]在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。在金属切削加工过程中，切削液的使用所带来的负面效应越来越明显，污染环境、危害工人身体健康、切削液的处理增加企业的生产成本等。因此，为了消除切削液带来的负面影响，最有效的方法就是取消切削液，进行干式切削加工。由此人们提出了自润滑刀具的概念，即将固体润滑剂添加入刀具中，让固体润滑剂在刀具中弥散分布，使刀具具有自润滑性能，降低摩擦系数，并减少刀具的磨损，提高刀具的使用寿命。
[0003]六方氮化硼(h-BN)具有十分优异的化学稳定性，在惰性气氛中2800°C的温度下仍很稳定，还具有良好的润滑性能，是一种优良的固体润滑剂。在陶瓷刀具材料中添加h-BN，可以有效地提高陶瓷材料的润滑性能和抗热震性能，实现减摩抗磨的作用，避免了使用润滑液带来的环境和成本问题。
[0004]然而h-BN的力学性能较低，在刀具中弥散分布有可能使得刀具的机械性能变差。为克服这个缺点，人们研制出微池自润滑刀具，涂层自润滑刀具和原位反应自润滑刀具。微池自润滑刀具在刀具一切肩、刀具一工件接触部位设计装填固体润滑剂的微孔来实现自润滑，但是此方法仍对陶瓷刀具的力学性能有不利影响，而且工艺复杂，适用范围有待研宄。涂层自润滑刀具是指将固体润滑剂通过涂层的方法直接涂覆于硬质合金刀具表面，从而实现刀具的自润滑功能，但是涂层自润滑刀具存在不适于特别重负荷下的粗加工，低速切削时容易产生剥落、崩碎等问题。原位反应自润滑刀具是指利用切削高温作用下的摩擦化学反应，在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜，从而实现刀具的自润滑。但是此种自润滑刀具仅适用于高速切削，而且很可能在切削过程中降低刀具基体机械强度，加剧刀具磨损。以上三种方法均没有从根本上解决直接在刀具中添加固体润滑剂导致刀具力学性能降低的问题。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法。所得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末添加到自润滑陶瓷刀具材料中，可保证自润滑刀具的力学性能并兼顾刀具的自润滑性能。
[0006]本发明技术方案如下:
[0007]一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，包括步骤如下:
[0008](I)取一定量的六方氮化硼粉末和分散剂混合于蒸馏水中，配制成悬浮液，并滴加pH缓冲溶液；缓冲溶液pH值为4-5 ；
[0009]所述六方氮化硼粉末与蒸馏水的质量体积比为0.2-0.8g:1OOmL ;分散剂添加量为六方氮化硼质量的3-5% ；
[0010](2)将步骤(I)制得的悬浮液超声分散10-15min，并在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到30°C -40°C，使悬浮液分散均匀；得悬浮液I ;
[0011](3)将九水硝酸铝溶于蒸馏水中，配制成Al3+浓度为0.10mol/L-0.20mol/L的硝酸铝溶液，缓慢滴加到步骤(2)分散均匀的悬浮液中；得悬浮液II ;
[0012]所述硝酸销溶液的添加量按照摩尔比BN: Al = 1: 0.5-1计。
[0013](4)将pH值为6.5-8.5的氨水稀释液缓慢滴加到步骤(3)的悬浮液11中，在300C -40°C温度下反应，至反应液pH值达到7.0-7.5，停止滴加氨水，继续反应搅拌1.5-2.5小时。得悬浮液III。
[0014](5)将步骤(4)制得的悬浮液III静置10-12小时，将沉淀过滤，离心洗涤，干燥，制得氢氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末；
[0015](6)将步骤(5)制得的氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，烧结温度为1100-1200°C ;制得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。
[0016]根据本发明优选的，步骤(I)中所述六方氮化硼颗粒平均粒径为3-10 μm;分散剂为分子量为6000的聚乙二醇。
[0017]根据本发明优选的，步骤(I)中所述pH缓冲溶液添加量为8-15mL/100mL蒸馏水，进一步优选PH缓冲溶液添加量为10-1 ImL/1OOmL蒸馏水。
[0018]根据本发明优选的，步骤(I)中所述pH缓冲溶液为乙酸-乙酸钠溶液，pH值为
4.5。
[0019]根据本发明优选的，步骤(2)中所述加热温度为35°C。
[0020]根据本发明优选的，步骤(3)中所述九水硝酸铝溶液的浓度为0.15mol/L-0.16mol/L ;以 Al3+浓度计。
[0021]根据本发明优选的，步骤⑷中所述氨水稀释液是用质量分数28%的氨水溶液加蒸馏水稀释5-10倍制得。氨水稀释液的pH值为6.5-8.5。
[0022]需要特别说明的是步骤(4)中滴加氨水至反应液pH值达到7.0-7.5即停止滴加氨水，若PH值继续增大容易发生均匀成核现象。
[0023]根据本发明优选的，步骤(5)中所述离心洗涤分别是用蒸馏水洗涤2-3次，无水乙醇洗涤2-3次。
[0024]根据本发明优选的，步骤￠)中，按8_12°C /min升温速率升温至烧结温度为1100-1200°C，保温时间为1.5-2.5h。制得的氧化铝包覆六方氮化硼粉末平均粒径(D50)为4—12um0
[0025]所述步骤￠)中坩祸材料为氧化铝。
[0026]本发明提供了一种先将氢氧化铝包覆到六方氮化硼颗粒表面，制成复合粉末，然后通过真空煅烧制备氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的方法。以微米氮化硅U-Si3N4)为基体，添加微米碳化钛和纳米氮化硅作为增强相，以微米氧化铝和微米氧化钇为烧结助剂，氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末作为自润滑相，经真空热压烧结制成氮化硅基自润滑陶瓷刀具材料。这样，既能改善陶瓷刀具的力学性能，同时能兼顾其自润滑作用。与添加未经表面包覆处理的h-BN的氮化硅基自润滑刀具材料相比，添加1vol.%包覆型固体润滑剂h-BN的氮化硅基自润滑陶瓷刀具材料的维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别提高27%、22.2%和5.9%，力学性能得到显著改善。
[0027]如图3中试样表面腐蚀后SEM形貌所示，a -Si3N4经热压烧结转化为β -Si 3Ν4。材料中的I^-Si3N4纵横交错，呈相互嵌套的长柱状互锁结构，I^-Si3N4作为长柱状类晶须，长径比较大(约为3-8)。通过图4中试样断面SEM形貌观察，断口处存在晶粒拔出后留下的孔洞，粗大的晶粒均匀分布在柱状基体晶粒之间，材料微观结构较为致密。
【附图说明】
[0028]图1为实施例1包覆氧化铝的六方氮化硼颗粒表面SEM表面形貌图。
[0029]图2分别为实施例1中六方氮化硼(a)、氢氧化铝包覆六方氮化硼(b)、氧化铝包覆六方氮化硼(c)的XRD谱图。
[0030]图3为实施例3添加氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的自润滑刀具材料的测试试样表面腐蚀后的SEM形貌图。
[0031]图4为实施例3添加氧化铝包覆六方氮化硼粉末的自润滑刀具材料的测试试样断裂面SEM形貌图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但是本发明并不仅限于此。实施例中的％浓度均为质量百分比，有特别说明的除外。
[0033]实施例1、氧化铝包覆六方氮化硼粉末的制备方法，步骤如下:
[0034]分别称取平均粒径(D50)为4 μ m的0.5g六方氮化硼粉末和占六方氮化硼粉末质量4%的分散剂聚乙二醇6000，混合于10mL蒸馏水中配置成悬浮液。在悬浮液中添加pH为4.5的缓冲溶液乙酸-乙酸钠10mL。将该悬浮液超声分散lOmin，并在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到35°C。得悬浮液I。
[0035]称取适量的九水硝酸铝，配置成Al3+浓度为0.15mol/L的硝酸铝溶液，滴入分散均匀的六方氮化硼悬浮液I中，所述硝酸铝溶液的加入量按照摩尔比BN: Al = I: 0.75计。得悬浮液II。
[0036]然后再将稀释到浓度为2.5%的氨水缓慢滴入悬浮液II中，反应温度为35°C，直到反应液的pH值达到7.5，停止滴加氨水。继续反应搅拌2小时。得悬浮液III。
[ 0037]将以上制得的悬浮液III静置12小时，将沉淀过滤，用蒸馏水和无水乙醇各洗2遍，用高速离心机以2000r/min离心lOmin，然后置于干燥箱中，80°C条件下干燥24h。制得氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。将干燥完全的氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，升温速率为10°C /min，真空煅烧的温度为1200°C，保温2h。最终制得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。形貌如图1所示，平均粒径为5 μ m0
[0038]对本实施例中的六方氮化硼、氢氧化铝包覆六方氮化硼、终产物氧化铝包覆六方氮化硼进行X射线衍射分析，结果如图2所示，其中a、b、c依次为六方氮化硼(a)、氢氧化铝包覆六方氮化硼(b)、包覆氧化铝包覆六方氮化硼(C)的XRD谱图。
[0039]实施例2、氧化铝包覆六方氮化硼粉末的制备方法，步骤如下:
[0040]分别称取平均粒径D50为4 μ m的0.5g六方氮化硼粉末和占六方氮化硼粉末质量4%的分散剂聚乙二醇6000，混合于10mL蒸馏水中配置成悬浮液。在悬浮液中添加pH为
4.5的缓冲溶液乙酸-乙酸钠10mL。将该悬浮液超声分散lOmin，并在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到40°C。得悬浮液I。
[0041]称取适量的九水硝酸铝，配置成0.2mol/L浓度的硝酸铝溶液，滴入分散均匀的六方氮化硼悬浮液I中，所述硝酸铝溶液的加入量按照摩尔比BN: Al = 1:1计。得悬浮液II。
[0042]然后再将稀释到浓度2.5 %的氨水缓慢滴入悬浮液II中，反应温度为40°C，直到反应液的pH值达到7。继续反应搅拌2小时。得悬浮液III。
[0043]将以上制得的悬浮液III静置12小时，将沉淀过滤，用蒸馏水和无水乙醇各洗2遍，用高速离心机以2000r/min离心lOmin，然后置于干燥箱中，80°C条件下干燥24h。制得氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。将干燥完全的氢氧化铝包覆六方氮化硼粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，升温速率为10°C /min，真空煅烧的温度为1200°C，保温2h。最终制得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。
[0044]实施例3:应用实验
[0045]添加氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的自润滑刀具，原料组分体积百分比为:微米氮化硅62 %，纳米氮化硅10 %，微米碳化钛10 %，氧化铝3.2%，氧化钇4.8 %，氧化铝包覆型六方氮化硼10% (实施例1制备的产品)。
[0046]分别称取所述各组分，以适量无水乙醇为分散介质，先配制微米氮化硅、微米碳化钛悬浮液和纳米氮化硅悬浮液，并超声分散15min。将所得微米氮化硅、微米碳化钛悬浮液和纳米氮化硅悬浮液混合，再将氧化铝和氧化钇加入制得混合悬浮液，充分搅拌并超声分散15min得复相悬浮液。将上述复相悬浮液倒入球磨罐中，充入氮气作为保护气体，加入各组分原料总量与球磨球重量比为1:10的球磨球，球磨36h，得球磨后混合物。按比例称取氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末，加入适量无水乙醇作为分散介质配成悬浮液，超声分散lOmin。将上述所得悬浮液加入球磨后的混合物中，充入氮气作为保护气体，加入各组分原料总量与球磨球重量比为1:10的球磨球，继续球磨12h。取出后取出置于干燥箱中，在100-120°C条件下真空干燥36h。干燥完全后将混合粉料过200目筛，将混合粉料装入石墨模具中冷压成型15min后进行真空热压烧结。热压烧结参数为:热压烧结温度1700°C，保温时间60min，压力30MPa，升温速率20°C /min。制得氮化硅基自润滑陶瓷刀具材料。热压烧结制备出的陶瓷还体经过切割加工一粗磨一精磨一研磨一抛光步骤制备成3_X4mmX30mm的陶瓷样条。测得其力学性能参数为:维氏硬度14.lGPa，断裂韧性7.2MPa.πι1/2，抗弯强度732MPa。测试试样表面腐蚀后的SEM形貌图如图3，测试试样断裂面SEM形貌图如图4所示。与同等组分的使用固体润滑剂h-BN的刀具材料相比，添加本发明氧化铝包覆型六方氮化硼的自润滑陶瓷刀具材料的维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别提高27%、22.2%和5.
【主权项】
1.一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，包括步骤如下: (1)取一定量的六方氮化硼粉末和分散剂混合于蒸馏水中，配成悬浮液，并滴加PH缓冲溶液；缓冲溶液PH值为4-5 ； 所述六方氮化硼粉末与蒸馏水的质量体积比为0.2-0.Sg:1OOmL ;分散剂添加量为六方氮化硼质量的3-5% ； (2)将步骤(I)制得的悬浮液超声分散10-15min，在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到30°C -40°C，使悬浮液分散均匀；得悬浮液I ; (3)将九水硝酸铝溶于蒸馏水中，配制成Al3+浓度为0.10mol/L-0.20mol/L的硝酸铝溶液，缓慢滴加到步骤(2)分散均匀的悬浮液中；得悬浮液II ; 所述硝酸销溶液的加入量按照摩尔比BN: Al = 1: 0.5-1计； (4)将pH值为6.5-8.5氨水稀释液缓慢滴加到步骤(3)的悬浮液II中，在30°C -40°C温度下反应，至反应液pH值达到7.0-7.5，停止滴加氨水，继续反应搅拌1.5-2.5小时，得悬浮液III ; (5)将步骤⑷制得的悬浮液III静置10-12小时，将沉淀过滤，离心洗涤，干燥，制得氢氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末； (6)将步骤(5)制得的氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，烧结温度为1100-1200°C ;制得氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末。2.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述六方氮化硼平均粒径(D50)为3-10 μ m。3.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述分散剂为分子量为6000的聚乙二醇。4.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中所述pH缓冲溶液加量为8-15mL/100mL蒸饱水；优选口!1缓冲溶液加量为10-1 ImL/1OOmL蒸馏水。5.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述pH缓冲溶液为乙酸-乙酸钠溶液，pH值为4.5。6.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述加热温度为35°C。7.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述九水硝酸铝溶液的浓度为0.15mol/L-0.16mol/L，以Al3+浓度计。8.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述离心洗涤分别是用蒸馏水洗涤2-3次，无水乙醇洗涤2-3 次。9.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤￠)中，按8-12°C/min升温速率升温至烧结温度为1100-1200°C，保温时间为1.5-2.5ho10.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于所述步骤￠)中坩祸材料为氧化铝。
【专利摘要】本发明涉及一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼粉末的制备方法。该方法包括：六方氮化硼悬浮液的配制及超声分散，加入硝酸铝溶液，pH值为6.5-8.5的氨水稀释液缓慢滴加到悬浮液中，在30℃-40℃温度下反应，至反应液pH值达到7.0-7.5，停止滴加氨水，继续反应搅拌1.5-2.5小时；静置，沉淀过滤，离心洗涤，干燥，制得氢氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末；然后真空煅烧，制得平均粒径为4-12μm的氧化铝包覆六方氮化硼的粉末。该氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末加入陶瓷材料基体中，既能改善陶瓷刀具的力学性能，同时能兼顾其自润滑作用。
【IPC分类】C04B35/628, C04B35/01, C04B35/5833
【公开号】CN104892003
【申请号】CN201510221364
【发明人】许崇海, 马骏, 衣明东, 肖光春, 陈照强, 陈辉
【申请人】齐鲁工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月4日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，属于粉末冶金技术领域。
【背景技术】
[0002]在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。在金属切削加工过程中，切削液的使用所带来的负面效应越来越明显，污染环境、危害工人身体健康、切削液的处理增加企业的生产成本等。因此，为了消除切削液带来的负面影响，最有效的方法就是取消切削液，进行干式切削加工。由此人们提出了自润滑刀具的概念，即将固体润滑剂添加入刀具中，让固体润滑剂在刀具中弥散分布，使刀具具有自润滑性能，降低摩擦系数，并减少刀具的磨损，提高刀具的使用寿命。
[0003]六方氮化硼(h-BN)具有十分优异的化学稳定性，在惰性气氛中2800°C的温度下仍很稳定，还具有良好的润滑性能，是一种优良的固体润滑剂。在陶瓷刀具材料中添加h-BN，可以有效地提高陶瓷材料的润滑性能和抗热震性能，实现减摩抗磨的作用，避免了使用润滑液带来的环境和成本问题。
[0004]然而h-BN的力学性能较低，在刀具中弥散分布有可能使得刀具的机械性能变差。为克服这个缺点，人们研制出微池自润滑刀具，涂层自润滑刀具和原位反应自润滑刀具。微池自润滑刀具在刀具一切肩、刀具一工件接触部位设计装填固体润滑剂的微孔来实现自润滑，但是此方法仍对陶瓷刀具的力学性能有不利影响，而且工艺复杂，适用范围有待研宄。涂层自润滑刀具是指将固体润滑剂通过涂层的方法直接涂覆于硬质合金刀具表面，从而实现刀具的自润滑功能，但是涂层自润滑刀具存在不适于特别重负荷下的粗加工，低速切削时容易产生剥落、崩碎等问题。原位反应自润滑刀具是指利用切削高温作用下的摩擦化学反应，在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜，从而实现刀具的自润滑。但是此种自润滑刀具仅适用于高速切削，而且很可能在切削过程中降低刀具基体机械强度，加剧刀具磨损。以上三种方法均没有从根本上解决直接在刀具中添加固体润滑剂导致刀具力学性能降低的问题。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法。所得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末添加到自润滑陶瓷刀具材料中，可保证自润滑刀具的力学性能并兼顾刀具的自润滑性能。
[0006]本发明技术方案如下:
[0007]一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，包括步骤如下:
[0008](I)取一定量的六方氮化硼粉末和分散剂混合于蒸馏水中，配制成悬浮液，并滴加pH缓冲溶液；缓冲溶液pH值为4-5 ；
[0009]所述六方氮化硼粉末与蒸馏水的质量体积比为0.2-0.8g:1OOmL ;分散剂添加量为六方氮化硼质量的3-5% ；
[0010](2)将步骤(I)制得的悬浮液超声分散10-15min，并在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到30°C -40°C，使悬浮液分散均匀；得悬浮液I ;
[0011](3)将九水硝酸铝溶于蒸馏水中，配制成Al3+浓度为0.10mol/L-0.20mol/L的硝酸铝溶液，缓慢滴加到步骤(2)分散均匀的悬浮液中；得悬浮液II ;
[0012]所述硝酸销溶液的添加量按照摩尔比BN: Al = 1: 0.5-1计。
[0013](4)将pH值为6.5-8.5的氨水稀释液缓慢滴加到步骤(3)的悬浮液11中，在300C -40°C温度下反应，至反应液pH值达到7.0-7.5，停止滴加氨水，继续反应搅拌1.5-2.5小时。得悬浮液III。
[0014](5)将步骤(4)制得的悬浮液III静置10-12小时，将沉淀过滤，离心洗涤，干燥，制得氢氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末；
[0015](6)将步骤(5)制得的氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，烧结温度为1100-1200°C ;制得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。
[0016]根据本发明优选的，步骤(I)中所述六方氮化硼颗粒平均粒径为3-10 μm;分散剂为分子量为6000的聚乙二醇。
[0017]根据本发明优选的，步骤(I)中所述pH缓冲溶液添加量为8-15mL/100mL蒸馏水，进一步优选PH缓冲溶液添加量为10-1 ImL/1OOmL蒸馏水。
[0018]根据本发明优选的，步骤(I)中所述pH缓冲溶液为乙酸-乙酸钠溶液，pH值为
4.5。
[0019]根据本发明优选的，步骤(2)中所述加热温度为35°C。
[0020]根据本发明优选的，步骤(3)中所述九水硝酸铝溶液的浓度为0.15mol/L-0.16mol/L ;以 Al3+浓度计。
[0021]根据本发明优选的，步骤⑷中所述氨水稀释液是用质量分数28%的氨水溶液加蒸馏水稀释5-10倍制得。氨水稀释液的pH值为6.5-8.5。
[0022]需要特别说明的是步骤(4)中滴加氨水至反应液pH值达到7.0-7.5即停止滴加氨水，若PH值继续增大容易发生均匀成核现象。
[0023]根据本发明优选的，步骤(5)中所述离心洗涤分别是用蒸馏水洗涤2-3次，无水乙醇洗涤2-3次。
[0024]根据本发明优选的，步骤￠)中，按8_12°C /min升温速率升温至烧结温度为1100-1200°C，保温时间为1.5-2.5h。制得的氧化铝包覆六方氮化硼粉末平均粒径(D50)为4—12um0
[0025]所述步骤￠)中坩祸材料为氧化铝。
[0026]本发明提供了一种先将氢氧化铝包覆到六方氮化硼颗粒表面，制成复合粉末，然后通过真空煅烧制备氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的方法。以微米氮化硅U-Si3N4)为基体，添加微米碳化钛和纳米氮化硅作为增强相，以微米氧化铝和微米氧化钇为烧结助剂，氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末作为自润滑相，经真空热压烧结制成氮化硅基自润滑陶瓷刀具材料。这样，既能改善陶瓷刀具的力学性能，同时能兼顾其自润滑作用。与添加未经表面包覆处理的h-BN的氮化硅基自润滑刀具材料相比，添加1vol.%包覆型固体润滑剂h-BN的氮化硅基自润滑陶瓷刀具材料的维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别提高27%、22.2%和5.9%，力学性能得到显著改善。
[0027]如图3中试样表面腐蚀后SEM形貌所示，a -Si3N4经热压烧结转化为β -Si 3Ν4。材料中的I^-Si3N4纵横交错，呈相互嵌套的长柱状互锁结构，I^-Si3N4作为长柱状类晶须，长径比较大(约为3-8)。通过图4中试样断面SEM形貌观察，断口处存在晶粒拔出后留下的孔洞，粗大的晶粒均匀分布在柱状基体晶粒之间，材料微观结构较为致密。
【附图说明】
[0028]图1为实施例1包覆氧化铝的六方氮化硼颗粒表面SEM表面形貌图。
[0029]图2分别为实施例1中六方氮化硼(a)、氢氧化铝包覆六方氮化硼(b)、氧化铝包覆六方氮化硼(c)的XRD谱图。
[0030]图3为实施例3添加氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的自润滑刀具材料的测试试样表面腐蚀后的SEM形貌图。
[0031]图4为实施例3添加氧化铝包覆六方氮化硼粉末的自润滑刀具材料的测试试样断裂面SEM形貌图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但是本发明并不仅限于此。实施例中的％浓度均为质量百分比，有特别说明的除外。
[0033]实施例1、氧化铝包覆六方氮化硼粉末的制备方法，步骤如下:
[0034]分别称取平均粒径(D50)为4 μ m的0.5g六方氮化硼粉末和占六方氮化硼粉末质量4%的分散剂聚乙二醇6000，混合于10mL蒸馏水中配置成悬浮液。在悬浮液中添加pH为4.5的缓冲溶液乙酸-乙酸钠10mL。将该悬浮液超声分散lOmin，并在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到35°C。得悬浮液I。
[0035]称取适量的九水硝酸铝，配置成Al3+浓度为0.15mol/L的硝酸铝溶液，滴入分散均匀的六方氮化硼悬浮液I中，所述硝酸铝溶液的加入量按照摩尔比BN: Al = I: 0.75计。得悬浮液II。
[0036]然后再将稀释到浓度为2.5%的氨水缓慢滴入悬浮液II中，反应温度为35°C，直到反应液的pH值达到7.5，停止滴加氨水。继续反应搅拌2小时。得悬浮液III。
[ 0037]将以上制得的悬浮液III静置12小时，将沉淀过滤，用蒸馏水和无水乙醇各洗2遍，用高速离心机以2000r/min离心lOmin，然后置于干燥箱中，80°C条件下干燥24h。制得氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。将干燥完全的氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，升温速率为10°C /min，真空煅烧的温度为1200°C，保温2h。最终制得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。形貌如图1所示，平均粒径为5 μ m0
[0038]对本实施例中的六方氮化硼、氢氧化铝包覆六方氮化硼、终产物氧化铝包覆六方氮化硼进行X射线衍射分析，结果如图2所示，其中a、b、c依次为六方氮化硼(a)、氢氧化铝包覆六方氮化硼(b)、包覆氧化铝包覆六方氮化硼(C)的XRD谱图。
[0039]实施例2、氧化铝包覆六方氮化硼粉末的制备方法，步骤如下:
[0040]分别称取平均粒径D50为4 μ m的0.5g六方氮化硼粉末和占六方氮化硼粉末质量4%的分散剂聚乙二醇6000，混合于10mL蒸馏水中配置成悬浮液。在悬浮液中添加pH为
4.5的缓冲溶液乙酸-乙酸钠10mL。将该悬浮液超声分散lOmin，并在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到40°C。得悬浮液I。
[0041]称取适量的九水硝酸铝，配置成0.2mol/L浓度的硝酸铝溶液，滴入分散均匀的六方氮化硼悬浮液I中，所述硝酸铝溶液的加入量按照摩尔比BN: Al = 1:1计。得悬浮液II。
[0042]然后再将稀释到浓度2.5 %的氨水缓慢滴入悬浮液II中，反应温度为40°C，直到反应液的pH值达到7。继续反应搅拌2小时。得悬浮液III。
[0043]将以上制得的悬浮液III静置12小时，将沉淀过滤，用蒸馏水和无水乙醇各洗2遍，用高速离心机以2000r/min离心lOmin，然后置于干燥箱中，80°C条件下干燥24h。制得氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。将干燥完全的氢氧化铝包覆六方氮化硼粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，升温速率为10°C /min，真空煅烧的温度为1200°C，保温2h。最终制得氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末。
[0044]实施例3:应用实验
[0045]添加氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的自润滑刀具，原料组分体积百分比为:微米氮化硅62 %，纳米氮化硅10 %，微米碳化钛10 %，氧化铝3.2%，氧化钇4.8 %，氧化铝包覆型六方氮化硼10% (实施例1制备的产品)。
[0046]分别称取所述各组分，以适量无水乙醇为分散介质，先配制微米氮化硅、微米碳化钛悬浮液和纳米氮化硅悬浮液，并超声分散15min。将所得微米氮化硅、微米碳化钛悬浮液和纳米氮化硅悬浮液混合，再将氧化铝和氧化钇加入制得混合悬浮液，充分搅拌并超声分散15min得复相悬浮液。将上述复相悬浮液倒入球磨罐中，充入氮气作为保护气体，加入各组分原料总量与球磨球重量比为1:10的球磨球，球磨36h，得球磨后混合物。按比例称取氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末，加入适量无水乙醇作为分散介质配成悬浮液，超声分散lOmin。将上述所得悬浮液加入球磨后的混合物中，充入氮气作为保护气体，加入各组分原料总量与球磨球重量比为1:10的球磨球，继续球磨12h。取出后取出置于干燥箱中，在100-120°C条件下真空干燥36h。干燥完全后将混合粉料过200目筛，将混合粉料装入石墨模具中冷压成型15min后进行真空热压烧结。热压烧结参数为:热压烧结温度1700°C，保温时间60min，压力30MPa，升温速率20°C /min。制得氮化硅基自润滑陶瓷刀具材料。热压烧结制备出的陶瓷还体经过切割加工一粗磨一精磨一研磨一抛光步骤制备成3_X4mmX30mm的陶瓷样条。测得其力学性能参数为:维氏硬度14.lGPa，断裂韧性7.2MPa.πι1/2，抗弯强度732MPa。测试试样表面腐蚀后的SEM形貌图如图3，测试试样断裂面SEM形貌图如图4所示。与同等组分的使用固体润滑剂h-BN的刀具材料相比，添加本发明氧化铝包覆型六方氮化硼的自润滑陶瓷刀具材料的维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别提高27%、22.2%和5.
【主权项】
1.一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，包括步骤如下: (1)取一定量的六方氮化硼粉末和分散剂混合于蒸馏水中，配成悬浮液，并滴加PH缓冲溶液；缓冲溶液PH值为4-5 ； 所述六方氮化硼粉末与蒸馏水的质量体积比为0.2-0.Sg:1OOmL ;分散剂添加量为六方氮化硼质量的3-5% ； (2)将步骤(I)制得的悬浮液超声分散10-15min，在数显集热式磁力搅拌器中磁力搅拌并加热到30°C -40°C，使悬浮液分散均匀；得悬浮液I ; (3)将九水硝酸铝溶于蒸馏水中，配制成Al3+浓度为0.10mol/L-0.20mol/L的硝酸铝溶液，缓慢滴加到步骤(2)分散均匀的悬浮液中；得悬浮液II ; 所述硝酸销溶液的加入量按照摩尔比BN: Al = 1: 0.5-1计； (4)将pH值为6.5-8.5氨水稀释液缓慢滴加到步骤(3)的悬浮液II中，在30°C -40°C温度下反应，至反应液pH值达到7.0-7.5，停止滴加氨水，继续反应搅拌1.5-2.5小时，得悬浮液III ; (5)将步骤⑷制得的悬浮液III静置10-12小时，将沉淀过滤，离心洗涤，干燥，制得氢氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末； (6)将步骤(5)制得的氢氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末置于坩祸中，采用真空热压烧结炉进行真空煅烧，烧结温度为1100-1200°C ;制得氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末。2.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述六方氮化硼平均粒径(D50)为3-10 μ m。3.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述分散剂为分子量为6000的聚乙二醇。4.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中所述pH缓冲溶液加量为8-15mL/100mL蒸饱水；优选口!1缓冲溶液加量为10-1 ImL/1OOmL蒸馏水。5.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述pH缓冲溶液为乙酸-乙酸钠溶液，pH值为4.5。6.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述加热温度为35°C。7.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述九水硝酸铝溶液的浓度为0.15mol/L-0.16mol/L，以Al3+浓度计。8.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述离心洗涤分别是用蒸馏水洗涤2-3次，无水乙醇洗涤2-3 次。9.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于步骤￠)中，按8-12°C/min升温速率升温至烧结温度为1100-1200°C，保温时间为1.5-2.5ho10.如权利要求1所述的用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末的制备方法，其特征在于所述步骤￠)中坩祸材料为氧化铝。
【专利摘要】本发明涉及一种用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆六方氮化硼粉末的制备方法。该方法包括：六方氮化硼悬浮液的配制及超声分散，加入硝酸铝溶液，pH值为6.5-8.5的氨水稀释液缓慢滴加到悬浮液中，在30℃-40℃温度下反应，至反应液pH值达到7.0-7.5，停止滴加氨水，继续反应搅拌1.5-2.5小时；静置，沉淀过滤，离心洗涤，干燥，制得氢氧化铝包覆六方氮化硼的复合粉末；然后真空煅烧，制得平均粒径为4-12μm的氧化铝包覆六方氮化硼的粉末。该氧化铝包覆六方氮化硼复合粉末加入陶瓷材料基体中，既能改善陶瓷刀具的力学性能，同时能兼顾其自润滑作用。
【IPC分类】C04B35/628, C04B35/01, C04B35/5833
【公开号】CN104892003
【申请号】CN201510221364
【发明人】许崇海, 马骏, 衣明东, 肖光春, 陈照强, 陈辉
【申请人】齐鲁工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月4日
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