[發(fā)明專利]一種基于溶膠-凝膠法的Al2O3涂層硬質(zhì)合金的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110186603.1
• 申請日: 2011-07-04
• 公開（公告）號: CN102251234A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 楊梅;邱克輝;龍劍平
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: C23C20/08
• 分類號: C23C20/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種涂層硬質(zhì)合金的制備方法，特別涉及基于溶膠-凝膠法的Al₂O₃涂層硬質(zhì)合金的制備方法，屬于粉末冶金和硬質(zhì)合金領域。

背景技術

涂層硬質(zhì)合金是切削刀具發(fā)展史上的一個里程碑，它將刀具基體與硬質(zhì)薄膜表層相結合,由于基體保持了良好的韌性和較高的強度,硬質(zhì)薄膜表層又具有高耐磨性和低摩擦系數(shù),從而使刀具的性能大大提高，目前70%以上的硬質(zhì)合金刀具為涂層硬質(zhì)合金。目前主要的涂層材料包括TiC、TiN、TiCN、Al₂O₃、TiAlN等,其中Al₂O₃涂層因具有優(yōu)異的性能在高速切削領域得到了廣泛的應用。國內(nèi)外各大刀具制造商也推出了許多Al₂O₃涂層硬質(zhì)合金產(chǎn)品，如山特維克的GC1030和GC4240、伊斯卡的“α-TEC”和“SUMO?TEC”涂層刀具、山高的DurAtomic^TM涂層刀具、京瓷的CA55系列以及株硬集團的第二代“黑金剛”YBC系列,都已經(jīng)取得了很好的經(jīng)濟效益。

傳統(tǒng)的制備Al₂O₃涂層硬質(zhì)合金的化學氣相沉積(CVD)法和物理氣相沉積(PVD)法存在著設備昂貴、技術復雜、工藝繁瑣，工水平要求高，難于控制甚至有污染環(huán)境等缺的缺點。溶膠-凝膠法作為一種濕化學合成方法，具有設備簡單，工藝易于控制。制品純度和均勻度高的優(yōu)點，在制備涂層方面有很大的優(yōu)越性，目前有許多關于溶膠-凝膠法制備Al₂O₃涂層硬質(zhì)合金的報道。

陳元春以異丙醇鋁[Al(C₃H₇O)₃]為前驅(qū)物,以去離子水(自制)作為溶劑,用硝酸(作為膠溶劑,將上述原料按n[Al(C₃H₇O)₃]∶n(H₂O)∶n(HNO₃)=1∶(60~200)∶(0.07~0.68)的比例混合均勻,水浴恒溫85℃,并施以強力攪拌,48?h后即獲得勃姆石溶膠。基體材料選用YT15硬質(zhì)合金，基體表面進行加工、堿洗、酸洗和超聲波清洗，然后用將基體全部浸入溶膠,片刻后緩緩提出,使之在基體表面形成一薄層溶膠膜，溶膠膜經(jīng)60℃真空干燥就得到了與基體結合牢固的凝膠膜，這一過程可以重復多次,以得到較厚的涂層，涂層后的刀片在1200℃下保溫1?h,得到α-?Al₂O₃陶瓷涂層刀片。該法是先在硬質(zhì)合金燒結體上涂覆溶膠涂層，然后在高溫熱處理形成Al₂O₃陶瓷涂層，由于預先燒結的硬質(zhì)合金基體已經(jīng)完成尺寸收縮和致密化，熱處理過程只形成Al₂O₃陶瓷涂層，因此硬質(zhì)合金基體與Al₂O₃涂層之間難以形成高強度的結合；硬質(zhì)合金基體在燒結和涂層過程中經(jīng)過兩次高溫加熱，對其性能會有很大的變化；同時溶膠-凝膠使用昂貴的金屬醇鹽，不利于工業(yè)應用。

Hubert.T等采用溶膠-凝膠法在WC-Co硬質(zhì)合金基體制備了氧化鋁涂層。研究以0.05?mol的丁醇鋁水解于pH=2的2-甲氧基乙醇水的產(chǎn)物為前驅(qū)物,丁醇鋁與水的比例為1:1.5，基體表面用有機溶劑清洗。采用浸漬提拉法,速度為250?mm/min,將涂覆后的試樣于100℃下干燥10?min,然后在氬氣或真空(小于0.15?Pa)下煅燒,在500℃時保溫30?min再于900～1100℃燒結60?min(涂層、干燥和煅燒這個過程可重復幾次以獲得較厚的涂層)。得到厚度為3μm,晶粒尺寸為0.2～0.4μm的涂層。該法與上文報道相似，同樣存在上述三方面的問題。