【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金刀具，具体涉及一种纳米相强化硬质合金刀具材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、金属切削是通过刀具从工件上切除多余材料，以获得符合形状、尺寸和表面精度要求的零件加工过程。金属切削不仅在机械制造中占有重要地位，而且其研究和应用对于提高生产效率和产品质量具有重大意义。
2、可转位刀具是一种金属切削加工中广泛应用的刀具，其特点是通过机械夹固的方法将带有多个切削刃的多边形刀片固定在刀体上，当一个切削刃磨损后，可以松开夹固机构，转位更换新的切削刃，从而继续工作，提高切削效率。可转位刀具的材质一般为硬质合金，硬质合金是一种具有极高硬度和耐磨性的合金材料，主要由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成，即先将原料粉末混合、球磨，再通过压制成型和烧结过程制成，这种方法可以精确控制化学成分和结构，从而获得优异的材料性能。
3、但是硬质合金刀具材料的韧性一般较差，在加工特定形状的工件时容易断裂或破损，该类材料制备的可转位刀具的使用寿命一般也较短。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种纳米相强化硬质合金刀具材料，通过纳米复合粉末提高材料的断裂韧性；目的之二在于提供一种纳米相强化硬质合金刀具材料的制备方法，目的之三在于提供一种纳米相强化硬质合金刀具材料的应用。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种纳米相强化硬质合金刀具材料，按照质量百分比计，包括以下原料：
4、碳化钨粉末75%-85%
5、该纳米相强化硬质合金刀具材料具有较高的断裂韧性，满足可转位刀具的使用要求。
6、一种纳米相强化硬质合金刀具材料的制备方法，包括如下步骤：
7、步骤一：向反应釜中加入聚乙二醇和无水乙醇，聚乙二醇的用量占原料总量的1-3%，在60-70℃和300-500r/min的条件下搅拌20-30min，然后在氮气保护下向反应釜中加入原料碳化钨粉末、碳化钛粉末、钴粉和纳米复合粉末，搅拌10-20min后超声分散20-30min，然后转移至球磨罐中，在氮气保护下球磨混合40-44h，然后将球磨后的浆料真空干燥，过200目筛，得到混合原料粉末；
8、步骤二：将混合原料粉末加压烧结，具体方法为：在260-280mpa的压力下，将混合原料粉末在模具中压制成型，将坯体转移至烧结炉中，在氩气保护和30mpa下，按照5℃/min的速率升温至1200-1250℃，保温30-40min，按照5℃/min的速率升温至1420-1450℃，保温20-30min，然后按照3-5℃/min的速率降温至800℃，自然冷却，得到纳米相强化硬质合金刀具材料。
9、进一步地，纳米复合粉末通过如下步骤制备：
10、步骤1：将多壁碳纳米管、氢化铝钠和氯化铵球磨混合后加入反应釜中，在620-650℃的条件下保温反应6-8h，氢化铝钠受热分解成氢化铝和氢化钠，氢化钠和氯化铵反应生成氨气、氢气和氯化钠，其中氢化铝和氨气进一步反应，生成的纳米氮化铝颗粒沉积在多壁碳纳米管表面，形成均匀的包覆层，自然冷却，将反应产物用质量分数为15%的盐酸和去离子水分别洗涤2-3次，在50-60℃的条件下真空干燥，然后转移至马弗炉中，在800-820℃和氧气氛围下加热1.5-2h，将多壁碳纳米管氧化除去，得到尺寸均匀地氮化铝纳米管。
11、进一步地，多壁碳纳米管、氢化铝钠和氯化铵的质量比为1：10.7：11。
12、步骤2：将氮化铝纳米管和无水乙醇加入反应釜中，在800-1000r/min的条件下搅拌20-30min，超声分散5-10min,然后将九水合硝酸铝、六水合硝酸镧、六水合硝酸钇、聚乙烯吡咯烷酮、质量分数为70%的乙醇溶液混合后缓慢加入反应釜中，800-1000r/min搅拌10-20min，超声分散5-10min，在75-80℃的条件下向反应釜中加入氨水稀释液，直至混合液的ph值为7.5-8，停止添加氨水稀释液并继续搅拌30-40min，自然冷却，静置陈化24h，6000r/min离心分离出复合胶体并用无水乙醇洗涤3-5次，100-110℃下真空干燥，过200目筛，得到前驱体粉末。
13、进一步地，氮化铝纳米管、无水乙醇、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧、六水合硝酸钇、聚乙烯吡咯烷酮和质量分数为70%的乙醇溶液的用量比为0.8g：100ml：2.438g：2.815g：2.49g：0.3-0.5g：100ml。
14、进一步地，氨水稀释液由质量分数为25%的氨水和无水乙醇按照1：4的质量比混合而成。
15、步骤3：将前驱体粉末转移至马弗炉中，按照3-5℃/min的速率升温至1100-1150℃，保温60-80min，自然冷却，得到纳米复合粉末。
16、本专利技术的有益效果：
17、本专利技术纳米相强化硬质合金刀具材料具有较高的硬度，并且耐磨性能好，具有更高的断裂韧性，满足可转位刀具对材料的性能要求。
18、本专利技术纳米相强化硬质合金刀具材料的原料中，碳化钨是主要硬质相，其次是碳化钛粉末，具有高硬度、高耐磨的特点，在高温切削时提供良好的稳定性；钴粉作为粘结相，有助于提高材料的韧性；该材料制备的可转位刀具在高温下工作过程中，在纳米复合粉末的作用下，对刀具裂纹扩展起到钉扎、偏转和分叉等影响，提高材料的韧性和强度。
19、纳米复合粉末中，氮化铝纳米管有助于提高该材料的硬度和耐磨性能，通过引入氧化铝、氧化镧和氧化钇进行包覆，有助于分散氮化铝纳米管与该硬质合金材料基体之间的应力，提高该硬质合金材料的断裂韧性；氧化铝颗粒磨损后的物质可以在材料表面形成润滑膜，起到缓冲作用，进一步提高该材料的耐磨性；氧化镧和氧化钇能够细化晶粒，有助于阻碍位错的快速移动，协同增韧，提高该材料的断裂韧性，平衡其力学性能。
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1.一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下原料：
2.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述氮化铝纳米管、无水乙醇、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧、六水合硝酸钇、聚乙烯吡咯烷酮和70wt%的乙醇溶液的用量比为0.8g：100mL：2.438g：2.815g：2.49g：0.3-0.5g：100mL。
3.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述氨水稀释液由25wt%的氨水和无水乙醇按照1：4的质量比混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述氮化铝纳米管通过如下步骤制备：
5.根据权利要求4所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述多壁碳纳米管、氢化铝钠和氯化铵的质量比为1：10.7：11。
6.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于，所述加压烧结
8.根据权利要求6所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇的用量占原料总量的1-3%。
9.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料在可转位刀具中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下原料：
2.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述氮化铝纳米管、无水乙醇、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧、六水合硝酸钇、聚乙烯吡咯烷酮和70wt%的乙醇溶液的用量比为0.8g：100ml：2.438g：2.815g：2.49g：0.3-0.5g：100ml。
3.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述氨水稀释液由25wt%的氨水和无水乙醇按照1：4的质量比混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述氮化铝纳米管通过如下步骤制备：
5.根据权利要求4所述的一种纳米相强化硬质合金刀具材料，其特征在于，所述多壁碳纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚君，唐周元，李晓超，苏陈成，林建勇，
申请(专利权)人：成都邦普切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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