一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具及其制备方法

摘要

本发明公开一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具，该刀具中各材料的质量百分比为：氧化铝4.2％‑4.6％、氮化硅5.7％‑6.5％、碳化钛8.4％‑9.2％、氧化钛6.7％‑7.7％、碳化钼1.3％‑1.6％、碳化钨2.2％‑2.8％、氧化钼3.2％‑3.5％、镍0.6％‑1％、氧化铬0.8％‑1.2％、碳化钒1.6％‑2.1％、碳3.5％‑4.5％、五氧化二铌0.2％‑0.4％、氧化钇0.1％‑0.2％、三氧化二镧0.1％‑0.2％、余量为铁；本发明开公开了一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具的制备方法，本发明制造工艺简单，使用原材料价格低，相比传统的金刚石涂层刀具，生产成本大大降低，通过采用复合型材料制成刀坯，有着硬度高、抗压强度高和抗弯强度高的特性，在刀坯上通过化学气相沉积法镀不同材料的两层镀层，耐磨、耐腐蚀以及耐冲击等性能得到提高，大大提高了其工作性能和使用寿命，具有很好使用和经济价值。

权利要求

1.一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具，其特征在于，该刀具中各材料的质量百分比为：氧化铝4.2％-4.6％、氮化硅5.7％-6.5％、碳化钛8.4％-9.2％、氧化钛6.7％-

7.7％、碳化钼1.3％-1.6％、碳化钨2.2％-2.8％、氧化钼3.2％-3.5％、镍0.6％-1％、氧化铬0.8％-1.2％、碳化钒1.6％-2.1％、碳3.5％-4.5％、五氧化二铌0.2％-0.4％、氧化钇

0.1％-0.2％、三氧化二镧0.1％-0.2％、余量为铁。

2.根据权利要求1所述的一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具，其特征在于，该刀具中各材料的质量百分比为：氧化铝4.2％、氮化硅6.5％、碳化钛8.4％、氧化钛7.7％、碳化钼1.3％、碳化钨2.8％、氧化钼3.2％、镍1％、氧化铬0.8％、碳化钒2.1％、碳4.5％、五氧化二铌0.4％、氧化钇0.1％、三氧化二镧0.2％、余量为铁。

3.根据权利要求1所述的一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：按配方比例称取各组份的材料；

步骤二：将称取的碳化钼、碳化钨、氧化钼、镍、氧化铬、碳化钒、碳以及铁，加入到球磨机中，使用乙醇和水混合液作为球磨液，球磨3-3.5小时，得到一次浆料；

步骤三：将称取的五氧化二铌、氧化钇、三氧化二镧加入到一次浆料中，再次加入到球磨机中，球磨8-10小时，得到二次浆料；

步骤四：将二次浆料通过压力泵打入160-200目的板框压滤机中，压力泵的出口压力控制在0.75-0.85mpa范围内，用压力为0.6-0.65mpa的氮气吹气5分钟，密封压榨5分钟，卸料，得到固体湿料，过滤出的乙醇和水混合液使用储槽收集；

步骤五：将得到的固体湿料加入到双锥干燥机中，在压力为-0.085mpa、温度为70℃条件下，烘干1-1.2小时，得到固体干料；

步骤六：将固体干料用60-80目振动筛筛选出混合料粒；

步骤七：将混合料粒加入到真空烧结一体炉中烧结，在氮气保护、压力为1.5-2mpa、温度为1400-1450℃条件下进行烧结1.5-2小时，充入纯氩气冷却降温至500℃以下，再自然冷却至常温，经过车床加工，得到初始刀坯；

步骤八：将称取的氮化硅和氧化钛加入到冷壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在980-1050℃条件下，初始刀坯上沉积内镀层，内镀层的厚度为6-8μm；

步骤九：将称取的氧化铝和碳化钛加入到内壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在1000-1100℃条件下，在初始刀坯的内镀层上沉积外镀层，外镀层的厚度为5-6μm，再经过表面处理，即制得复合型材料刀具。

4.根据权利要求3所述的一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具的制备方法，其特征在于，步骤二中，使用的乙醇和水混合液为1.2倍铁的重量份，乙醇和水混合液中乙醇的体积百分比含量为35％-40％。

5.根据权利要求3所述的一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具的制备方法，其特征在于，步骤四中，过滤出的乙醇和水混合液套用6-8次后，调节PH值到6-7后，在常压下蒸馏，将乙醇和水蒸出，调节好乙醇含量后，继续进行套用。

说明书

一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于汽车模具技术领域，具体涉及到一种汽车模具生产使用的刀具，更具体的是一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着科技的发展以及人们生活水平的提高，汽车越来越普及，因此生产商在不断提高汽车制造质量的同时，还需要降低生产成本，从而提高竞争率。汽车在生产过程中，大部分零件都需要用到模具加工完成，在模具的加工过程中，。如何提高生产效率、缩短开发周期、提高模具技术水平、降低生产成本一直是模具企业面临的难题，由于各个模具生产企业具体情况的不一样，以及承接到的业务的不同，各家企业汽车模具制造的具体流程不尽相同。

[0003] 现在对汽车各零部件加工期间，数控铣加工技术需要在数控机床上进行操作，而数控刀具对零部件的加工十分重要。传统刀具的主要材料为高速钢，然后直接在高速钢表面沉积涂层，这种方法所制的涂层刀具的涂层与高速钢之间的结合不但具有抗压强度低和抗弯强度低等缺陷，还具有制造成本高、容易出现裂纹、破损脱落、抗磨抗压性能差的缺陷，使用寿命低，使得使用成本大大增加。

发明内容

[0004] 为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具及其制备方法，通过采用复合型材料制成刀坯，解决了普通刀具抗压强度低和抗弯强度低的问题，还通过采用化学气相沉积法镀不同材料的两层镀层，解决了容易出现裂纹、破损脱落、抗磨抗压性能差导致使用寿命短的问题。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0006] 一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具，该刀具中各材料的质量百分比为：氧化铝4.2％-4.6％、氮化硅5.7％-6.5％、碳化钛8.4％-9.2％、氧化钛6.7％-7.7％、碳化钼1.3％-1.6％、碳化钨2.2％-2.8％、氧化钼3.2％-3.5％、镍0.6％-1％、氧化铬0.8％-
1.2％、碳化钒1.6％-2.1％、碳3.5％-4.5％、五氧化二铌0.2％-0.4％、氧化钇0.1％-
0.2％、三氧化二镧0.1％-0.2％、余量为铁。

[0007] 作为本发明进一步的方案：该刀具中各材料的质量百分比为：氧化铝4.2％、氮化硅6.5％、碳化钛8.4％、氧化钛7.7％、碳化钼1.3％、碳化钨2.8％、氧化钼3.2％、镍1％、氧化铬0.8％、碳化钒2.1％、碳4.5％、五氧化二铌0.4％、氧化钇0.1％、三氧化二镧0.2％、余量为铁。

[0008] 一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具的制备方法，包括如下步骤：

[0009] 步骤一：按配方比例称取各组份的材料；

[0010] 步骤二：将称取的碳化钼、碳化钨、氧化钼、镍、氧化铬、碳化钒、碳以及铁，加入到球磨机中，使用乙醇和水混合液作为球磨液，球磨3-3.5小时，得到一次浆料；

[0011] 步骤三：将称取的五氧化二铌、氧化钇、三氧化二镧加入到一次浆料中，再次加入到球磨机中，球磨8-10小时，得到二次浆料；

[0012] 步骤四：将二次浆料通过压力泵打入160-200目的板框压滤机中，压力泵的出口压力控制在0.75-0.85mpa范围内，用压力为0.6-0.65mpa的氮气吹气5分钟，密封压榨5分钟，卸料，得到固体湿料，过滤出的乙醇和水混合液使用储槽收集；

[0013] 步骤五：将得到的固体湿料加入到双锥干燥机中，在压力为-0.085mpa、温度为70℃条件下，烘干1-1.2小时，得到固体干料；

[0014] 步骤六：将固体干料用60-80目振动筛筛选出混合料粒；

[0015] 步骤七：将混合料粒加入到真空烧结一体炉中烧结，在氮气保护、压力为1.5-2mpa、温度为1400-1450℃条件下进行烧结1.5-2小时，充入纯氩气冷却降温至500℃以下，再自然冷却至常温，经过车床加工，得到初始刀坯；

[0016] 步骤八：将称取的氮化硅和氧化钛加入到冷壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在980-1050℃条件下，初始刀坯上沉积内镀层，内镀层的厚度为6-8μm；

[0017] 步骤九：将称取的氧化铝和碳化钛加入到内壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在1000-1100℃条件下，在初始刀坯的内镀层上沉积外镀层，外镀层的厚度为5-6μm，再经过表面处理，即制得复合型材料刀具。

[0018] 作为本发明进一步的方案：步骤二中，使用的乙醇和水混合液为1.2倍铁的重量份，乙醇和水混合液中乙醇的体积百分比含量为35％-40％。

[0019] 作为本发明进一步的方案：步骤四中，过滤出的乙醇和水混合液套用6-8次后，调节PH值到6-7后，在常压下蒸馏，将乙醇和水蒸出，调节好乙醇含量后，继续进行套用。

[0020] 本发明的有益效果：本发明制造工艺简单，使用原材料价格低，相比传统的金刚石涂层刀具，生产成本大大降低，通过采用复合型材料制成刀坯，有着硬度高、抗压强度高和抗弯强度高的特性，在刀坯上通过化学气相沉积法镀不同材料的两层镀层，耐磨、耐腐蚀以及耐冲击等性能得到提高，大大提高了其工作性能和使用寿命，具有很好使用和经济价值。

具体实施方式

[0021] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0022] 实施例1

[0023] 一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具，该刀具中各材料的质量百分比为：氧化铝4.6％、氮化硅5.7％、碳化钛9.2％、氧化钛6.7％、碳化钼1.6％、碳化钨2.2％、氧化钼3.5％、镍0.6％、氧化铬1.2％、碳化钒1.6％、碳4.5％、五氧化二铌0.2％、氧化钇0.2％、三氧化二镧0.1％、余量为铁；

[0024] 一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具的制备方法，包括如下步骤：

[0025] 步骤一：按配方比例称取各组份的材料；

[0026] 步骤二：将称取的碳化钼、碳化钨、氧化钼、镍、氧化铬、碳化钒、碳以及铁，加入到球磨机中，使用乙醇和水混合液作为球磨液，球磨3-3.5小时，得到一次浆料，其中，加入的乙醇和水混合液为1.2倍铁的重量份，乙醇和水混合液中乙醇的体积百分比含量为35％-40％；

[0027] 步骤三：将称取的五氧化二铌、氧化钇、三氧化二镧加入到一次浆料中，再次加入到球磨机中，球磨8-10小时，得到二次浆料；

[0028] 步骤四：将二次浆料通过压力泵打入160-200目的板框压滤机中，压力泵的出口压力控制在0.75-0.85mpa范围内，用压力为0.6-0.65mpa的氮气吹气5分钟，密封压榨5分钟，卸料，得到固体湿料，过滤出的乙醇和水混合液使用储槽收集，过滤出的乙醇和水混合液套用6-8次后，调节PH值到6-7后，在常压下蒸馏，将乙醇和水蒸出，调节好乙醇含量后，继续进行套用；

[0029] 步骤五：将得到的固体湿料加入到双锥干燥机中，在压力为-0.085mpa、温度为70℃条件下，烘干1-1.2小时，得到固体干料；

[0030] 步骤六：将固体干料用60-80目振动筛筛选出混合料粒；

[0031] 步骤七：将混合料粒加入到真空烧结一体炉中烧结，在氮气保护、压力为1.5-2mpa、温度为1400-1450℃条件下进行烧结1.5-2小时，充入纯氩气冷却降温至500℃以下，再自然冷却至常温，经过车床加工，得到初始刀坯；

[0032] 步骤八：将称取的氮化硅和氧化钛加入到冷壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在980-1050℃条件下，初始刀坯上沉积内镀层，内镀层的厚度为6-8μm；

[0033] 步骤九：将称取的氧化铝和碳化钛加入到内壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在1000-1100℃条件下，在初始刀坯的内镀层上沉积外镀层，外镀层的厚度为5-6μm，再经过表面处理，即制得复合型材料刀具。

[0034] 实施例2

[0035] 一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具，该刀具中各材料的质量百分比为：氧化铝4.2％、氮化硅6.5％、碳化钛8.4％、氧化钛7.7％、碳化钼1.3％、碳化钨2.8％、氧化钼3.2％、镍1％、氧化铬0.8％、碳化钒2.1％、碳4.5％、五氧化二铌0.4％、氧化钇0.1％、三氧化二镧0.2％、余量为铁；

[0036] 一种基于汽车模具生产的复合型材料刀具的制备方法，包括如下步骤：

[0037] 步骤一：按配方比例称取各组份的材料；

[0038] 步骤二：将称取的碳化钼、碳化钨、氧化钼、镍、氧化铬、碳化钒、碳以及铁，加入到球磨机中，使用乙醇和水混合液作为球磨液，球磨3-3.5小时，得到一次浆料，其中，加入的乙醇和水混合液为1.2倍铁的重量份，乙醇和水混合液中乙醇的体积百分比含量为35％-40％；

[0039] 步骤三：将称取的五氧化二铌、氧化钇、三氧化二镧加入到一次浆料中，再次加入到球磨机中，球磨8-10小时，得到二次浆料；

[0040] 步骤四：将二次浆料通过压力泵打入160-200目的板框压滤机中，压力泵的出口压力控制在0.75-0.85mpa范围内，用压力为0.6-0.65mpa的氮气吹气5分钟，密封压榨5分钟，卸料，得到固体湿料，过滤出的乙醇和水混合液使用储槽收集，过滤出的乙醇和水混合液套用6-8次后，调节PH值到6-7后，在常压下蒸馏，将乙醇和水蒸出，调节好乙醇含量后，继续进行套用；

[0041] 步骤五：将得到的固体湿料加入到双锥干燥机中，在压力为-0.085mpa、温度为70℃条件下，烘干1-1.2小时，得到固体干料；

[0042] 步骤六：将固体干料用60-80目振动筛筛选出混合料粒；

[0043] 步骤七：将混合料粒加入到真空烧结一体炉中烧结，在氮气保护、压力为1.5-2mpa、温度为1400-1450℃条件下进行烧结1.5-2小时，充入纯氩气冷却降温至500℃以下，再自然冷却至常温，经过车床加工，得到初始刀坯；

[0044] 步骤八：将称取的氮化硅和氧化钛加入到冷壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在980-1050℃条件下，初始刀坯上沉积内镀层，内镀层的厚度为6-8μm；

[0045] 步骤九：将称取的氧化铝和碳化钛加入到内壁反应器内，利用常规的化学气相沉积法，在1000-1100℃条件下，在初始刀坯的内镀层上沉积外镀层，外镀层的厚度为5-6μm，再经过表面处理，即制得复合型材料刀具。

[0046] 经测量得到：该复合型刀具的抗拉强度达到200kg/mm2以上、维氏硬度达到800HV以上、抗弯强度达到3800mpa以上，在对汽车模具修边加工过程中，普通的涂层刀具使用18000次则出现明显的分层和撕裂现象，需要进行更换，而该复合型刀具在使用55000次左右才出现分层现象，使用寿命提高了3倍以上。

[0047] 本发明制造工艺简单，使用原材料价格低，相比传统的金刚石涂层刀具，生产成本大大降低，通过采用复合型材料制成刀坯，有着硬度高、抗压强度高和抗弯强度高的特性，在刀坯上通过化学气相沉积法镀不同材料的两层镀层，耐磨、耐腐蚀以及耐冲击等性能得到提高，大大提高了其工作性能和使用寿命，具有很好使用和经济价值。

[0048] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0049] 以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。