[發(fā)明專利]一種涂層硬質(zhì)合金基體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710157652.X
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106835116B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張立;陳述;陳宜
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08;B22F7/04;B22F3/16;C22C19/07;C22C32/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發(fā)明基于膜基界面處物相晶格失配度調(diào)控及其調(diào)控有效性保障的合金材質(zhì)及其制備工藝的設(shè)計原理，提供了一種與金屬氮化物能形成高膜基結(jié)合力的涂層硬質(zhì)合金基體。本發(fā)明硬質(zhì)合金基體材質(zhì)為WC–Co基合金；通過在合金中同時添加Mo₂C和Ru，分別對WC基硬質(zhì)相和Co基粘結(jié)相晶格常數(shù)進(jìn)行調(diào)控，促進(jìn)金屬氮化物薄膜形核，穩(wěn)定界面物相晶體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對膜基界面處物相晶格失配度的有效調(diào)控；WC–Co基合金中Mo₂C與Co質(zhì)量比、Ru與Co質(zhì)量比均為(10～15):100，WC基硬質(zhì)相晶粒度＜1.5μm，Co基粘結(jié)相為密排六方結(jié)構(gòu)。采用濕磨、干燥制粒、壓制成形、含CO加壓燒結(jié)工藝制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種涂層硬質(zhì)合金基體及其制備方法，屬于粉末冶金復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

涂層硬質(zhì)合金由硬質(zhì)合金基體和涂層兩部分組成，涂層硬質(zhì)合金基體是指用作涂層硬質(zhì)合金的專用基體，簡稱硬質(zhì)合金基體。硬質(zhì)合金基體與涂層界面處原子之間的結(jié)合狀態(tài)(即共格、半共格和非共格)及其穩(wěn)定性，對硬質(zhì)合金基體與涂層之間的膜基結(jié)合力及其穩(wěn)定性具有很大影響。提高膜基結(jié)合力及其穩(wěn)定性是提高涂層硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的重要手段。由于晶格間距不匹配、非同步形核、合金粘結(jié)相晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、界面微觀組織結(jié)構(gòu)不均勻、界面缺陷、內(nèi)應(yīng)力等原因，硬質(zhì)合金基體與涂層界面處原子之間的結(jié)合通常是以非共格形式存在。

現(xiàn)有涂層硬質(zhì)合金基體，主要有WC–Co(YG)和WC–(W,Ti)C–(Ta,Nb)C–Co(YW)等材質(zhì)。從表征合金成分的角度，YW合金基本成分可用WC–TiC–TaC–NbC–Co表示。YG和YW硬質(zhì)合金由硬質(zhì)相和Co基粘結(jié)相組成，合金中WC硬質(zhì)相的晶粒度與WC原料粒度密切相關(guān)。通過原料WC粒度的選擇，可以實現(xiàn)對合金中WC晶粒度的調(diào)控。

金屬氮化物是涂層硬質(zhì)合金中涂層部分最常見的材質(zhì)。金屬氮化物通常為立方晶體結(jié)構(gòu)，因具有高硬度、高耐磨性、優(yōu)異的高溫抗氧化性能、高化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性以及良好的耐腐蝕性能，除用作切削刀具的表面改性外，還廣泛應(yīng)用于高溫、潮濕、高鹽度等各種復(fù)雜服役工況條件下工具的表面防護(hù)。作為典型的金屬氮化物，AlTiN、TiSiN、AlCrN是目前較常用的商業(yè)化涂層。上述金屬氮化物通常具有與AlN或TiN相同的晶體結(jié)構(gòu)，其它合金元素通常固溶在AlN或TiN晶格中，形成固溶體。對AlTiN，當(dāng)其中Ti的原子分?jǐn)?shù)高于Al時，則形成TiN的晶體結(jié)構(gòu)；當(dāng)其中Al的原子分?jǐn)?shù)高于Ti時，則形成AlN的晶體結(jié)構(gòu)。

關(guān)于如何提高涂層膜基結(jié)合力已有許多報道，如張立等報道了“一種硬質(zhì)合金及提高其PVD涂層膜基結(jié)合力的方法”(發(fā)明專利申請?zhí)?01410376915.2)，提出了一種基于改善金屬氮化物涂層的形核條件及其形核均質(zhì)性，從而增強膜基結(jié)合力和增強膜基結(jié)合力穩(wěn)定性的有效方法。

本發(fā)明人在繼續(xù)研究有效提高涂層與基體之間的結(jié)合強度，即膜基結(jié)合力時，發(fā)現(xiàn)目前沒有基于硬質(zhì)合金基體中硬質(zhì)相和粘結(jié)相晶格常數(shù)與其表面直接接觸的涂層物相之間晶格常數(shù)匹配度調(diào)控及其調(diào)控有效性保障技術(shù)原理的報道。同時發(fā)明人在實驗中發(fā)現(xiàn)：在涂層與基體結(jié)合界面位置，形成共格或半共格界面，尤其是形成共格界面，可有效提高膜基結(jié)合力。同時發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在合金中同時添加適量的Mo₂C和Ru，能顯著降低硬質(zhì)合金基體物相與涂層物相之間的晶格失配度?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)以及一系列的實驗，發(fā)明人找到了有效提高涂層膜基結(jié)合力的另一途徑，進(jìn)而得出了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是提供一種涂層硬質(zhì)合金基體。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種涂層硬質(zhì)合金基體的制備方法，以有效提高涂層硬質(zhì)合金的膜基結(jié)合力及其穩(wěn)定性，延長涂層硬質(zhì)合金的使用壽命。