一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法

本发明涉及硬质合金，具体涉及一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法。

背景技术：

1、数控刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具，广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具；同时数控刀具除切削用的刀片外，还包括刀杆和刀柄等附件；而硬质合金作为先进切削加工技术的材料基础，也是切削加工领域研究的重要方向。

2、对于切削加工参数的提升，硬质合金用于数控切削刀具的效率变差，产品在对于高切削速度、高进给量的条件下，切削效率稳定性低，很难应用于数控切削刀具，以及产品的强度、硬度差，进一步的限制了产品的使用效率。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明解决技术问题采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，包括以下重量份原料：

4、wc粉（碳化钨粉）45-55份、co粉10~15份、cr3c2粉8~12份、tac粉5~7份、vc粉（碳化钒粉）2~3份；其中硬质合金还包括4~7份晶粒调效细化剂、改性变质液20~25份；

5、所述晶粒调效细化剂的制备方法为：

6、s01：将纳米钛酸锶先质子辐照处理，辐照功率为350~400w，辐照20~30min，辐照结束，得到辐照的纳米钛酸锶；

7、辐照的纳米钛酸锶于150~170℃下热改进10~15min，然后以2~5℃/min的速率冷却至55℃，保温；

8、s02：将vn粉（氮化钒粉）、十二烷基硫酸钠溶液和羧甲基纤维素按照重量比3：（5~7）：1混匀充分得到vn调节液；

9、s03：将3~5份保温的纳米钛酸锶、1~3份硅烷偶联剂kh560加入到5~8份壳聚糖溶液中，随后再加入1~2份纳米硅溶胶共混超声处理，超声结束，得到纳米钛酸锶剂；

10、s04：将纳米钛酸锶剂、vn调节液按照重量比5:3混匀球磨处理，球磨转速为1000~1500r/min，球磨2h，球磨结束，水洗、干燥，得到晶粒调效细化剂。

11、优选地，其中wc粉、co粉、cr3c2粉、tac粉和vc粉的粒径均为0.1~0.3µm。

12、优选地，所述十二烷基硫酸钠溶液的质量分数为4~7%；壳聚糖溶液的质量分数为2~5%；s03中共混超声处理的超声功率为400~500w，超声时间为20~30min。

13、优选地，所述改性变质液的制备方法为：

14、s101：将石墨烯热调化处理，具体的处理方法为：

15、将石墨烯先于155~165℃下热处理5~10min，然后以2~5℃/min的速率降至55℃，保温；

16、将保温的石墨烯于保温的石墨烯总量3~5倍的浸渍液中浸渍处理，浸渍结束，抽滤、干燥，得到浸渍的石墨烯剂；

17、浸渍的石墨烯剂再以1~3℃/min的速率升温至125~130℃，保温5~10min，最后空冷至室温；

18、s102：将4~7份热调化处理的石墨烯、2~5份硝酸钇溶液、3~6份海藻酸钠溶液和1~2份硅烷偶联剂kh550共混充分得到改性变质液。

19、优选地，所述硝酸钇溶液的质量分数为2~5%；所述海藻酸钠溶液的质量分数为4~7%；所述浸渍处理的浸渍功率为450~500w，浸渍时间为20~30min。

20、优选地，所述浸渍液的制备方法为：

21、将1~3份硬脂酸、3~5份纳米二氧化硅加入到5~8份质量分数5~7%的木质素磺酸钠溶液中，随后再加入2~4份硝酸镧溶液、2~5份氧化钪，共混球磨处理，球磨转速为1000~1500r/min，球磨2h，球磨结束，得到浸渍液。

22、优选地，所述硝酸镧溶液的质量分数为2~5%。

23、本发明还提供了一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

24、按照重量份称取原料；将wc粉、co粉、cr3c2粉、tac粉、vc粉和晶粒调效细化剂先搅拌混匀充分，然后再与改性变质液搅拌改性处理，搅拌结束，干燥，然后压制成型，压制压力为10~15mpa，压制20min，压制结束，再烧结处理，烧结结束，得到本发明的超细晶粒硬质合金。

25、优选地，所述搅拌改性处理的搅拌转速为450~550r/min，搅拌温度为50~55℃，搅拌时间为1~2h；烧结处理的烧结温度为1440~1450℃，烧结时间为2h。

26、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

27、1、本发明数控刀具的超细晶粒硬质合金采用wc粉、co粉、cr3c2粉、tac粉和vc粉作为基体料，通过基体料之间原料相互调配调和，通过加入晶粒调效细化剂、改性变质液二者协配协效，共同增效，同时在合金制备中采用先混匀、再搅拌改性、压制成型和最后的烧结处理，通过工艺上的连贯处理，优化产品的性能效果，得到的硬质合金产品在高切削速度、高进给量的条件下，切削效率稳定性优异，以及产品的强度、硬度效果显著；

28、2、晶粒调效细化剂采用纳米钛酸锶先质子辐照处理，优化纳米钛酸锶的活性效能，同时经过150~170℃下热改进10~15min，然后以2~5℃/min的速率冷却至55℃，进一步的优化其活性度，同时再调配硅烷偶联剂kh560、壳聚糖溶液和纳米硅溶胶共混超声处理，以及采用硅烷偶联剂kh560加入到5~8份壳聚糖溶液中，随后再加入1~2份纳米硅溶胶共混超声处理调和得到vn调节液，通过纳米钛酸锶剂、vn调节液相互球磨改进，进一步的增强纳米钛酸锶与体系之间的界面性，同时再配合vn体系，抑制晶粒生长，细化晶粒，另一方面协调改进体系原料之间的作用性，增强体系结合力，协调改进产品的性能效果；

29、3、改性变质液采用石墨烯先于155~165℃下热处理5~10min，然后以2~5℃/min的速率降至55℃，优化石墨烯的活性效能，再通过浸渍液浸渍处理，浸渍液以纳米二氧化硅调和氧化钪作为基体料，同时采用木质素磺酸钠溶液、硝酸镧溶液和硬脂酸协调配合，通过原料之间的协调协配，共同协效，改进体系产品的性能效果；以石墨烯的片状结构分布体系中，以及经过浸渍液中的原料调和浸渍改进，通过原料之间协调改进的效果，进一步的增强产品的性能效果，同时再以1~3℃/min的速率升温至125~130℃，保温5~10min，最后空冷至室温，进一步的优化浸渍的石墨烯剂体系的活性效能，从而更好的改进体系产品，同时再采用硝酸钇溶液、海藻酸钠溶液和硅烷偶联剂kh550与热调化处理的石墨烯共混充分，通过改性变质液对合金原料体系的协调改进，优化原料之间的界面性效果以及增强原料之间的结合力，进一步的增强产品的性能效果。

技术特征：

1.一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，包括以下重量份原料：

2.根据权利要求1所述的一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，其中wc粉、co粉、cr3c2粉、tac粉和vc粉的粒径均为0.1~0.3µm。

3.根据权利要求1所述的一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，所述十二烷基硫酸钠溶液的质量分数为4~7%；壳聚糖溶液的质量分数为2~5%；s03中共混超声处理的超声功率为400~500w，超声时间为20~30min。

4.根据权利要求1所述的一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，所述改性变质液的制备方法为：

5.根据权利要求4所述的一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，所述硝酸钇溶液的质量分数为2~5%；所述海藻酸钠溶液的质量分数为4~7%；所述浸渍处理的浸渍功率为450~500w，浸渍时间为20~30min。

6.根据权利要求5所述的一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，所述浸渍液的制备方法为：

7.根据权利要求6所述的一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金，其特征在于，所述硝酸镧溶液的质量分数为2~5%。

8.如权利要求1~7任一项所述一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，所述搅拌改性处理的搅拌转速为450~550r/min，搅拌温度为50~55℃，搅拌时间为1~2h；烧结处理的烧结温度为1440~1450℃，烧结时间为2h。

技术总结本发明涉及硬质合金技术领域，具体涉及一种用于数控刀具的超细晶粒硬质合金及其制备方法，包括以下重量份原料：WC粉45‑55份、Co粉10~15份、Cr3C2粉8~12份、TaC粉5~7份、VC粉2~3份；其中硬质合金还包括4~7份晶粒调效细化剂、改性变质液20~25份。本发明通过工艺上的连贯处理，优化产品的性能效果，得到的硬质合金产品在高切削速度、高进给量的条件下，切削效率稳定性优异，以及产品的强度、硬度效果显著。技术研发人员：彭锐涛,陈美良,高江雄,唐新姿,屈植华,赵林峰,黄晓芳受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26