[發明專利]用于鋼材切削的Fe/Ni基硬質合金涂層刀具材料及制備方法

無效

• 申請號: 200810045439.0
• 申請日: 2008-07-01
• 公開（公告）號: CN101301686A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 熊計;郭智興;畢泗慶;陳建中
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B23B27/14
• 分類號: B23B27/14;C22C29/08;C23C16/30;C23C16/52;B23P15/30
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技術領域

本發明為用于鋼材切削加工的涂層硬質合金刀片及其制備方法，特別涉及以Fe/Ni粘結的硬質合金為基體涂層刀片及其制備方法。

背景技術

以WC、TiC、TaC為主要硬質相，以Co為粘結相的硬質合金自1923年發明以來一直是切削加工的最主要材料。但硬質合金中的粘結相Co是一種稀缺的戰略資源，世界Co儲量為450萬噸，且分布主要集中在政局動蕩的扎伊爾和贊比亞(兩國的Co產量占世界的63％)以及俄羅斯。我國Co資源缺乏，目前已探明Co儲量56.30萬噸。我國是目前世界最大的硬質合金生產與消費國，占世界的1/3，年消耗Co約1350t。因此每年需要花大量外匯進口Co，但Co的供貨與需求情況復雜，很不穩定(中非政局動蕩，供貨困難；俄羅斯經濟不穩定，出口前景不明朗)，致使Co的價格波動幅度較大。而且據報道，肺癌與吸入含Co的粉末有關。因此硬質合金行業希望降低Co的用量和尋找Co的代替品。

Fe和Ni在化學元素周期表中與Co同屬鐵族金屬。密度，熔點，原子半徑相近，物理、化學性能相近，都能很好的潤濕WC硬質相，而且Fe與Ni的儲量比Co豐富得多，因此Fe、Ni是理想的Co的替代物。較多的研究報道了Fe/Ni代Co硬質合金的研究。陳紅衛對WC-Fe/Ni系或WC-Fe/Co/Ni系材料的研究表明，最佳力學性能均出現在Ni當量＝25wt％的成份，WC-Fe/Co/Ni系硬質合金用于輥環材料在工藝技術上是可行的，在高線軋制領域具有推廣應用價值。雍志華等人用Fe、Ni部分取代WC-8Co硬質合金中的粘結劑Co，再添加微量稀土Y₂O₃制得WC-8(Fe/Ni/Co)R硬質合金，測試了其物理機械性能，并研究了粘結劉各種成份比例及燒結溫度對硬質合金的影響。結果表明：WC-8(Fe/Ni/Co)R硬質合金的性可以達到YG8的性能標準。中南工業大學粉末冶金廠的孫寶琦等人開發的Fe、Ni部分代Co的T系列鑿巖硬質合金物理機械性能優異，強度硬度好，與傳統的YJ系列合金接近，具有明顯的經濟效益與社會效益。專利01127466.2公開了一種無鈷硬質合金制造工藝，屬于硬質合金塊制造工藝技術領域。目前使用的硬質合金含鈷使成本提高。該發明的技術方案為：取碳化鎢85～94％、鐵5～10％、鎳0.5～5％經球磨機球磨后過篩，然后蒸干再過篩，把制成的粉末中加入丁鈉橡膠汽油溶液，再烘干過篩，將過篩后的混合料模壓成形制成硬質合金毛坯在燒結爐內排膠并于高溫下燒結，當合金塊冷卻后油淬，然后在箱式爐中回火制成無鈷硬質合金。它的優點是：制造工藝簡單，制成的無鈷硬質合金成本低，且性能與含鈷合金相當。

盡管近年來對Fe，Ni代Co硬質合金作了較多的研究，但目前Fe/Ni代Co硬質合金主要在耐磨零件，礦山工具等領域或其他要求不高的場合得到了有限的應用。而Fe/Ni代Co硬質合金在硬度與耐磨性上與傳統硬質合金的差距，使得它在使用量大的典型硬質合金產品(如切削刀具)上的應用受到了限制。本專利的發明了一種以Fe/Ni粘結的硬質合金為基體的涂層刀具材料，用于碳素結構鋼與合金鋼的粗車加工，使用壽命與P30合金相當。

發明內容

本發明針對目前Fe/Ni代Co硬質合金在切削刀具領域應用極少的現狀，提供了一種以Fe/Ni粘結的硬質合金為基體的涂層刀具材料，并提供了該刀具材料的制備方法。

本發明所述的用于鋼材切削的刀片，包括硬質合金基體和涂層。其特征在于基體硬質合金以Fe和Ni為粘結相，以WC，TiC為硬質相。

本發明所述的刀片，其特征在于基體硬質合金組成成分為：粘結相占6-10wt％(其中Fe∶Ni＝3∶1)；TiC：6-15wt％，其余為WC。

本發明所述的刀片的基體硬質合金成分，其特征在于：Fe為2.0-2.5μm羰基鐵粉；Ni為1.5-2.5μm羰基鎳粉；TiC采用2.0-2.5μm；WC∶TiC＝50∶50的(Ti，W)C固溶體引入；

本發明所述的刀片，其特征在于涂層由4層構成，從與基體相鄰到最外層依次為：TiN(0.5～1μm)+Ti(C，N)(5～8μm)+Al203(3～5μm)+TiN(1～2μm)。

本發明所述的刀片的制備方法，依次包括以下幾個步驟：

(1)將最終能滿足權利要求2所述的基體組成成分重量百分含量的各種碳化物、和金屬粉末混合，濕磨；

(2)濕磨后的物料經過沉淀、干燥、摻入成型劑制得混合料，壓制成型；

(3)壓制生坯經過燒結和涂層處理制成切削刀片；

本發明所述的刀片的制備方法，其特征在于：