1引言

陶瓷刀具以其卓越的高溫性能锨圣、硬度及耐磨性得到了人們的普遍重視参匀。但是,陶瓷材料的強度和韌性低,在許多加工條件下易于因破損而失效,這大大限制了它的應(yīng)用范圍,尤其是在自動加工領(lǐng)域,陶瓷刀具由于可靠性太差,很少在自動化加工設(shè)備中使用,盡管陶瓷材料可以通過一些增韌和補強的方法如顆粒增韌砂两、相變增韌和晶須增韌等來提高其強度和斷裂韌性,但提高的幅度十分有限朋堪。七十年代出現(xiàn)了陶瓷涂層刀具,它結(jié)合了陶瓷材料和硬質(zhì)合金材料的優(yōu)點,在擁有與硬質(zhì)合金材料相近的強韌性能的同時,耐磨性大大提高,能達到未加涂層刀具的幾倍到十幾倍,并且使加工效率顯著提高,從而成為刀具材料的一個重要研究方向,在現(xiàn)代制造業(yè)尤其是在自動化加工中得到了廣泛應(yīng)用和迅速的發(fā)展橘疚。

目前刀具的涂層方法仍以化學(xué)氣相沉積法(CVD)和物理氣相沉積法(PVD)為主,這兩種方法在生產(chǎn)實踐中己日漸成熟,但仍存在一些問題,比較突出的是目前應(yīng)用的涂層刀具只是刀片表面涂層,而且涂層與基體間的界面結(jié)合強度低,涂層易剝落,這樣就使涂層不可能做得太厚,因此在使用中涂層的使用壽命不會太長,一旦涂層被磨掉,刀具就會迅速磨損,這種情況使進一步提高涂層刀具壽命變得十分困難,另外涂層刀片基本上不具備重磨性,這將限制其在粗加工和大型加工設(shè)備中的應(yīng)用。

本研究提出了在硬質(zhì)合金粉末表面涂層Al₂O₃陶瓷制備刀具材料的新方法,成功地將溶膠—凝膠法引人刀具材料的制備過程盹扮。溶膠—凝膠法作為一種濕化學(xué)合成方法,具有設(shè)備簡單胶僵、工藝易于控制、制品純度和均勻度高等優(yōu)點,近幾年被廣泛用于制作超導(dǎo)材料字拒、光電材料隘勾、鐵電材料、光導(dǎo)纖維,光盤介質(zhì)投嫂、納米級陶瓷粉末及陶瓷薄膜捏章、晶須和各種復(fù)合材料。由于溶膠中膠粒尺寸很小(納米級),具有很大的比表面能和強烈的吸附趨勢,有可能形成結(jié)構(gòu)致密川梅、與基體結(jié)合牢固的陶瓷涂層疯兼。這種方法變傳統(tǒng)的宏觀涂層為微觀涂層,突破了原有的刀具涂層的局限,是對探索制作涂層刀具新方法的一種有益嘗試。

2實驗

選取異丙醇鋁[Al(C3H7O)₃](北京化學(xué)試劑總廠,分析純)為前驅(qū)物贫途。以去離子水(自制)作為溶劑,用硝酸[HNO3](山東省化工研究院)作為膠溶劑,將上述原料按Al(C3H7O)₃:H₂):HNO₃=1:(60～300):(0.07～0.88)的比例混合均勻,水浴恒溫85℃,并施以強力攪拌,48h后即獲得均一穩(wěn)定的勃姆石溶膠镇防。

選用含有WC和TiC的硬質(zhì)合金粉末作為基體材料．首先將基體粉末球磨100h,再將球磨過的粉末在丙酮中進行超聲波清洗,然后在稀酸中浸泡處理,處理后的粉末用去離子水清洗干凈,加入到乙醇和水的混合溶液中,并施以強力攪拌和超聲波振蕩,令其分散均勻；此時加入勃姆石溶膠,保持攪拌,使粉末表面均勻地涂覆上一層膠體潮饱；然后靜置一段時間,待分層后,經(jīng)抽濾、干燥得到涂層粉末,將涂層粉末在900～1200℃的溫度下進行預(yù)燒結(jié),以使涂層充分轉(zhuǎn)化為Al₂O₃陶瓷诫给。

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