镍硼包覆氟化钙复合粉体、其制备与应用及自润滑陶瓷刀具制造技术

本发明专利技术涉及一种镍硼包覆氟化钙复合粉体、其制备与应用及自润滑陶瓷刀具。镍硼包覆氟化钙复合粉体具有CaF2@Ni-B核壳结构，采用超声波辅助化学镀法：将活化的CaF2粉体的悬浊液加入到镍硼化学镀液中，在超声波和搅拌条件下，使镍硼沉积并包覆在微米CaF2表面制成；所述镍硼化学镀液的组分包含硫酸镍15-20g/L、乙二胺50-60mL/L、硼氢化钠1-1.5g/L和氢氧化钠30-50g/L。本发明专利技术还提供镍硼包覆氟化钙复合粉体的制备方法与应用。本发明专利技术镍硼包覆氟化钙复合粉体添加到自润滑陶瓷刀具基体中，能显著提高陶瓷刀具的断裂韧性与抗弯强度。

【技术实现步骤摘要】
镍硼包覆氟化钙复合粉体、其制备与应用及自润滑陶瓷刀具
本专利技术涉及镍硼包覆氟化钙复合粉体及其制备方法与应用，属于陶瓷刀具材料

技术介绍
氟化钙(CaF2)作为一种固体润滑剂在陶瓷刀具的研制领域中占据着相当重要的地位，其耐高温，耐化学腐蚀，并且在中高温下具有优秀的润滑效果。将氟化钙引入陶瓷刀具的领域中所获得的自润滑陶瓷刀具，可以避免润滑液的使用，实现干摩擦，既保护了环境，又提高了经济效益。由于将氟化钙添加进陶瓷刀具中所制备的自润滑陶瓷刀具已早有先例，所以氟化钙的一些缺点也暴露出来，氟化钙的加入引起自润滑陶瓷刀具的力学性能显著下降，如周文等制备的Al2O3/TiB2/CaF2自润滑陶瓷刀具，随着氟化钙的添加量的增加，虽然材料的抗摩擦性能提高不少，但是CaF2的加入却导致了刀具材料的力学性能直线下降，因此，如何提高自润滑陶瓷刀具材料的力学性能，已经成为了竞相研究的重点课题。参见周文.Al2O3/TiB2/CaF2自润滑陶瓷刀具的研究[D].湘潭：湘潭大学，2014。为了克服固体润滑剂的缺陷，近年来对于氟化钙固体润滑剂材料本身的改进研究也被关注，例如CN104045351A公开了用于自润滑刀具材料的氧化铝包覆氟化钙粉末，是以硝酸铝和CaF2为原料，采用非均匀成核法和真空煅烧法制备。但迄今为止尚未有金属包覆氟化钙固体润滑剂材料的报道。化学镀能将金属与无机物很好的结合起来。自1950年以来，在各个领域的研究都处于一个比较领先的位置，尤其是在粉体化学镀领域，化学镀可以在保持无机物固有性质的条件下，使其具有金属的特性。但是，粉体巨大的比表面积对镀液的稳定性产生影响，易使镀液分解或者使粉体表面金属包覆不完全，从而得不到预期的效果。
技术实现思路
针对CaF2固体润滑剂的添加导致陶瓷刀具力学性能下降的技术难题，本专利技术提供一种自润滑陶瓷刀具用镍硼包覆氟化钙复合粉体及其制备方法。本专利技术还提供镍硼包覆氟化钙复合粉体的应用和一种添加镍硼包覆氟化钙复合粉体的自润滑陶瓷刀具。本专利技术的技术方案如下：一种自润滑陶瓷刀具用镍硼包覆氟化钙复合粉体，该复合粉体具有CaF2@Ni-B核壳结构，其中，微米级CaF2为核，Ni-B为壳；该复合粉体是采用超声波辅助化学镀法，将已活化的CaF2粉体的悬浊液加入到镍硼化学镀液中，在超声波和搅拌条件下，使镍硼沉积并包覆在微米CaF2表面制成；所述镍硼化学镀液的组分包含硫酸镍10-20g/L、乙二胺50-60mL/L、硼氢化钠1-1.5g/L和氢氧化钠30-50g/L。一种镍硼包覆氟化钙复合粉体的制备方法，包括步骤如下：(1)配置镍硼化学镀液将硫酸镍溶液加入到乙二胺溶液中，搅拌均匀，得A液；将硼氢化钠加入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，得B液；将上述B液加入到A液中，得镍硼化学镀液；简称镀液；(2)将已活化的CaF2粉体加蒸馏水搅拌成悬浊液；将步骤(1)的镀液温度调节在55-75℃，置于超声波中；将含有CaF2粉体的悬浊液加入到所述镀液中，开始施镀，施镀过程中不断搅拌，直到镀液不再有气泡冒出，停止施镀。(3)将所得到的悬浊液在1000-4000r/min条件下离心分离5-10min，用蒸馏水清洗1-6次，30-60℃条件下真空干燥，得到以微米CaF2为核、Ni-B为壳的CaF2@Ni-B复合粉体材料。根据本专利技术上述方法优选的，步骤(1)中A液、B液混合液中，可添加硫脲作为稳定剂，添加量为1-2mg/L。根据本专利技术优选的，步骤(1)所述镍硼化学镀液的组分包含硫酸镍10-20g/L、乙二胺50-60mL/L、硼氢化钠1-1.5g/L和氢氧化钠30-50g/L。本专利技术所述镍硼化学镀液，以镀液总体积1L计，除了上述的硫酸镍、乙二胺、硼氢化钠、氢氧化钠及稳定剂外，余量为水，或者还有1-2mg/L的稳定剂。根据本专利技术步骤(1)所述镍硼化学镀液pH在13-14之间。根据本专利技术步骤(1)所述硫酸镍溶液是用NiSO4·6H2O加水配置。根据本专利技术上述方法优选的，步骤(2)中，超声化学镀中的搅拌方式为匀速搅拌，搅拌速率保持在40-60r/min之间。化学反应过程中，如果搅拌的速率过快，会使粉体之间的碰撞更加剧烈，造成部分包覆表面金属脱落，影响包覆的完整性。根据本专利技术，所述的CaF2粉体的敏化、活化方法可以按现有技术。本专利技术提供以下优选的方法：所述CaF2粉体的敏化、活化方法，步骤如下：①取2.5-5g的SnCl2·H2O置于容器中，加入4-8mL浓盐酸并搅拌2-5min，再加蒸馏水至总体积200-400mL，得敏化液；取10-20g的CaF2并将其加入敏化液中，超声搅拌5-10min，离心过滤4-6次至溶液呈现中性，CaF2表面吸附一层Sn(OH)Cl，得到敏化后的CaF2悬浊液。②取2-4ml的浓盐酸于容器中，加入0.1-0.2g的PdCl2，然后加蒸馏水至总体积200-400mL，将步骤②敏化后的CaF2悬浊液加入到容器中，并搅拌5-10min，直到悬浊液完全变为棕色时停止搅拌。③将活化后的悬浊液进行离心处理，离心次数在7-9次，取出沉淀物，进行真空干燥处理，获得活化的CaF2粉体。根据本专利技术优选的，所述的CaF2粉体粒径为1-5μm，为分析纯。根据本专利技术优选的，为获得敏化较好的CaF2，上述步骤①需要将离心机的转速设定为2500-3000r/min。根据本专利技术优选的，CaF2粉体活化完毕后，为更进一步提纯活化后的CaF2粉末，将上述步骤③活化后的悬浊液进行离心处理，所用离心机的转速在3000-3500r/min之间。根据本专利技术优选的，在对活化后的CaF2进行真空干燥时，真空干燥的温度为20-50℃。本专利技术利用敏化、活化两步法使CaF2表面产生活性，然后通过超声化学镀法将Ni-B包覆在微米CaF2表面。包覆层由一层Ni-B覆盖，而且包覆层完整且致密，与CaF2的结合牢固，借助这种核壳结构可有效的提高自润滑陶瓷刀具的力学性能与使用性能。本专利技术经过大量的研究发现，在化学镀过程中引进超声波辅助，可以极大地提高反应的速率，由于超声波可以将反应中产生的气体及时的排出，使Ni-B包覆层紧密平整，无尖角且不易剥落。超声波的引入，使CaF2粉体的包覆速率大幅提高，促进化学反应的进行。根据本专利技术，所述镍硼包覆氟化钙复合粉体的应用，用于自润滑陶瓷刀具作为固体润滑剂。镍硼包覆氟化钙复合粉体简写为CaF2@Ni-B。一种镍硼包覆氟化钙复合粉体的自润滑陶瓷刀具，其特征在于各组分体积百分比为：Al2O360-65％，TiB225-28％，CaF2@Ni-B5-15％，MgO0.5-1.5％。制备方法如下：(1)按比例，称取Al2O3和TiB2并分别分散于无水乙醇中，超声分散并机械搅拌20min，将所得Al2O3和TiB2悬浮液混合后加入MgO，再次超声分散并机械搅拌20min，得到混合均匀的复相悬浮液；(2)将上述复相悬浮液倒入球磨灌，加入硬质合金球，保证球料重量比为10：1，充入氮气作为保护气氛连续球磨48h；(3)按比例加入CaF2@Ni-B复合粉体再次球磨2.5h后将悬浮液在真空干燥箱中110℃下连续干燥24h，然后过筛得到混合粉料，密封备用；(4)将步骤(3)所得干燥后混合粉料装入石墨模具中进行真空热压烧结，烧结温度1550℃，热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍硼包覆氟化钙复合粉体，其特征在于该复合粉体具有CaF2@Ni‑B核壳结构，其中，微米级CaF2为核，Ni‑B为壳；该复合粉体是采用超声波辅助化学镀法，将活化的CaF2粉体的悬浊液加入到镍硼化学镀液中，在超声波和搅拌条件下，使镍硼沉积并包覆在微米CaF2表面制成；所述镍硼化学镀液的组分包含硫酸镍15‑20g/L、乙二胺50‑60mL/L、硼氢化钠1‑1.5g/L和氢氧化钠30‑50g/L。

【技术特征摘要】
1.一种镍硼包覆氟化钙复合粉体的制备方法，包括步骤如下：（1）将硫酸镍溶液加入到乙二胺溶液中，搅拌均匀，得A液；将硼氢化钠加入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，得B液；将上述B液加入到A液中，得镍硼化学镀液；简称镀液；（2）将活化的CaF2粉体加蒸馏水搅拌成悬浊液；将步骤（1）的镀液温度调节在55-75℃，置于超声波中；将含有CaF2粉体的悬浊液加入到所述镀液中，开始施镀，施镀过程中保持搅拌，搅拌方式为匀速搅拌，搅拌速度保持在40-60r/min之间，直到镀液不再有气泡冒出，停止施镀；（3）将所得到的悬浊液在1000-4000r/min条件下离心分离5-10min，用蒸馏水清洗1-6次，30-60℃条件下真空干燥，得到以微米CaF2为核、Ni-B为壳的CaF2@Ni-B复合粉体材料。2.如权利要求1所述的镍硼包覆氟化钙复合粉体的制备方法，其特征在于步骤（1）中A液、B液混合液中，还添加硫脲作为稳定剂，添加量为1-2mg/L。3.如权利要求1所述的镍硼包覆氟化钙复合粉体的制备方法，其特征在于步骤（1）所述镍硼化学镀液的组分包含硫酸镍10-20g/L、乙二胺50-60mL/L、硼氢化钠1-1.5g/L和氢氧化钠30-50g/L。4.如权利要求1所述的镍硼包覆氟化钙复合粉体的制备方法，其特征在于所用的活化的CaF2粉体是按以下步骤制备的：①取2.5-5g的SnCl2•H2O置于容器中，加入4-8mL浓盐酸并搅拌2-5min，再加蒸馏水至总体积200-400mL，得敏化液；取10-20g的CaF2并将其加入敏化液中，超声搅拌5-10min，离心过滤4-6次至溶液呈现中性，CaF2表面吸附一层Sn(OH)Cl，得到敏化后的CaF2悬浊液；②取2-4ml的浓盐酸于容器中，加入0.1-0.2g的PdCl2，然后加蒸馏水至总体积200-400mL，将步骤①敏化后的CaF2悬浊液加入到容器中，并搅拌5-10min，直到悬浊液完全变为棕色时停止搅拌；...

【专利技术属性】
技术研发人员：许崇海，徐龙华，肖光春，衣明东，吴光永，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37