[發明專利]表層脫β相和富γ相梯度結構的涂層硬質合金基體的制備方法

無效

• 申請號: 201110343386.2
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102418023A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 古方樂
• 申請（專利權）人: 重慶泰蒙科技有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;B22F3/10
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

?本發明屬于硬質合金技術領域，具體涉及一種表層脫β相和富γ相梯度結構的涂層硬質合金基體的制備方法。

背景技術

硬質合金是一類以難熔金屬碳化物為基體，以鈷、鎳等粘結金屬為粘結相，采用粉末冶金法制備的金屬陶瓷工具材料。硬質合金以其具有的高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕等優點，已經在采礦、金屬加工及模具等行業得到了廣泛應用。傳統均質結構硬質合金的主要成分是由硬質相和粘結相組成，這導致它具有兩對相互矛盾的性能：硬度和強度、耐磨性及韌性，即在增加硬質合金硬度和耐磨性的同時會降低其強度和韌性。為了改善這一狀況，在金屬加工領域中，目前通常的做法是采用化學氣相沉積法(Chemical?vapors?deposition，CVD)在硬質合金基體上沉積一層或多層耐磨涂層，如TiN、Ti(C，N)、Al₂O₃等，使該類涂層硬質合金在保持硬質合金基體韌性的同時具有高耐磨性的表層。由于一般CVD技術的沉積溫度較高且涂層與基體之間的熱膨脹系數存在較大差異，冷卻過程中在涂層與基體界面可能產生較大的熱應力，再加上涂層材料一般韌性較低、脆性較大，因此通常裂紋傾向于首先在涂層區域生成，在刀具的后續使用過程中裂紋可能加速向基體內部擴展，從而導致刀具失效。

針對該類問題，可先制備梯度結構的涂層硬質合金基體：在初始原料中添加TiCN粉末，然后使壓坯在脫氮氣氛下燒結，使基體表面脫氮，并在元素氮、鈦的耦合擴散作用下，合金的立方相向內遷移、粘結相向外遷移，形成表層脫立方相和富集粘結相的梯度結構，即表層脫β相和富γ相梯度結構的涂層硬質合金基體；采用該類涂層硬質合金基體時，由于表層良好的韌性，可以減少涂層沉積過程中產生的熱應力，降低涂層的裂紋傾向，同時，當涂層中形成的裂紋向基體內部擴展時，表層可以吸收裂紋擴展的能量，因而能有效地阻滯裂紋向基體內部擴展，延長涂層硬質合金的使用壽命。理想的梯度結構層厚度為20~30μm；但是現有技術普遍受到當前硬質合金刀片毛坯制造技術的限制，即涂層硬質合金基體毛坯都要經過磨削、倒棱、修光及鈍化等精磨加工處理，毛坯有限的梯度層經過以上加工處理后基本上就被磨掉了，特別是在刀尖、刃口等屬于刀片的加工作業關鍵部位，至少也要經過輕鈍化處理，消耗0.03mm左右的梯度層；因此，精確控制涂層硬質合金基體精品的梯度層厚度在理想的20~30μm范圍內將無法實現。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種表層脫β相和富γ相梯度結構的涂層硬質合金基體的制備方法，不受基體毛坯精磨加工的影響，精確控制涂層硬質合金基體精品的梯度層厚度。

本發明的表層脫β相和富γ相梯度結構的涂層硬質合金基體的制備方法，包括以下步驟：

1）以難熔金屬碳化物、粘結金屬和TiCN粉末為原料，通過球磨混合、干燥過篩、壓制成型和燒結四個步驟制備得到涂層硬質合金基體前驅體；

2）對涂層硬質合金基體前驅體進行精磨加工處理；

3）對精磨加工處理后的涂層硬質合金基體前驅體進行梯度燒結，制備得到表層脫β相和富γ相梯度結構的涂層硬質合金基體。

進一步，所述步驟1）中，原料的組成及重量百分比為：?TiCN?2%~5%，Co?6%~9%，TaC?3%~6%，余量為WC；

進一步，所述步驟1）中，球磨混合的具體方法為：將原料混合后加入濕式球磨機中濕磨，球磨桶中裝有5~10mm直徑的硬質合金球，球料質量比為3~5：1，球磨介質為己烷，?轉速為30~70?r/min，球磨時間為24~96h，球磨后加入成型劑石蠟；

進一步，所述步驟1）中，干燥過篩的具體方法為：320目篩網過濾球磨后的料漿，然后對料漿進行真空干燥，干燥后60目篩網過篩；

進一步，所述步驟1）中，壓制成型的具體方法為：利用壓機和模具將干燥過篩后的混合料壓成壓坯；

進一步，所述步驟1）中，燒結的具體方法為：對壓制成型后的壓坯進行燒結，燒結時為真空氣氛，爐內壓力小于100Pa，升溫速度小于250℃/h，升溫至1200~1500℃，保溫60min，冷卻到100℃以下出爐；

進一步，所述步驟2）中，精磨加工處理包括對涂層硬質合金基體前驅體進行磨削、倒棱、修光及鈍化處理；