[發(fā)明專(zhuān)利]一種適用于蠕墨鑄鐵切削加工的CVD涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011127323.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112342525B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊振明;鄭愛(ài)欽;林亮亮;鄒伶俐;莊麗敏;王海力
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)金鷺特種合金有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/36
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/36;C23C16/52;C23C16/455
• 代理公司: 廈門(mén)市首創(chuàng)君合專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠

本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于蠕墨鑄鐵切削加工的CVD涂層及其制備方法，涂層包括化學(xué)氣相沉積(CVD)的TiCN涂層，該涂層由柱狀晶粒構(gòu)成，其晶粒寬度為0.03?5μm，且長(zhǎng)寬比≥2，且沿晶面指數(shù)220方向有較強(qiáng)的單一方向擇優(yōu)生長(zhǎng)；該CVD涂層可單獨(dú)或與其他涂層搭配施加于燒結(jié)碳化物、金屬陶瓷或陶瓷的基體全部或部分，形成切削工具；本發(fā)明使得這種涂層顯示出較現(xiàn)有技術(shù)具有更強(qiáng)的耐熱性能與韌性，適用于磨損強(qiáng)烈及容易產(chǎn)生熱裂紋的工況，特別適用于加工蠕墨鑄鐵材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及刀具技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于蠕墨鑄鐵切削加工的CVD涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

蠕墨鑄鐵(compacted?graphite?cast?iron或vermicular?graphite?cast?iron，簡(jiǎn)稱(chēng)CGI)是一種石墨組織為蠕蟲(chóng)狀的鑄鐵。蠕墨鑄鐵的導(dǎo)熱性、耐熱疲勞性、減震性高于球墨鑄鐵，其強(qiáng)度高于一般鑄鐵及合金鑄鐵，低于球墨鑄鐵。國(guó)內(nèi)蠕墨鑄鐵熔鑄是用高碳、低硫、低磷的鐵液加入蠕化劑(稀土鎂鈦合金、稀土鎂鈣合金、稀土硅鐵合金等)，經(jīng)過(guò)蠕化處理后獲得的高強(qiáng)度鑄鐵。蠕鐵的原鐵液一般屬于高碳硅的共晶合金或過(guò)共晶合金。其顯微組織一般有三種類(lèi)型：第一，鐵素體+蠕蟲(chóng)狀石墨；第二，珠光體+鐵素體+蠕蟲(chóng)狀石墨；第三，珠光體+蠕蟲(chóng)狀石墨，其中第三種組織硬度最高。影響蠕墨鑄鐵強(qiáng)度的最主要因素為蠕化率，即石墨組織轉(zhuǎn)變?yōu)槿湎x(chóng)狀石墨的比例。

進(jìn)入21世紀(jì)后，內(nèi)燃機(jī)朝高馬力、高轉(zhuǎn)矩、低廢氣排放以及降低燃料使用量發(fā)展，要求使用更高的腔內(nèi)高峰點(diǎn)火壓力，因此其熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷會(huì)超過(guò)現(xiàn)在的常規(guī)鑄鐵、合金鑄鐵及鋁合金耐受范圍。作為可以滿(mǎn)足這些需求的理想材料，蠕墨鑄鐵成為未來(lái)內(nèi)燃機(jī)特別是柴油機(jī)缸體主要應(yīng)用材質(zhì)的趨勢(shì)逐漸明朗。

許多生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)的企業(yè)開(kāi)始著重研究開(kāi)發(fā)以蠕墨鑄鐵為材質(zhì)的內(nèi)燃機(jī)鑄件，包括在內(nèi)燃機(jī)正常工作中占有重要地位的缸體、缸蓋、排氣管等部件。但是蠕鐵材料的加工存在以下難點(diǎn)：首先其熱導(dǎo)率低，加工刀具容易在刀尖聚集熱量，形成熱裂紋及缺口而失效；其次，蠕鐵工件的鑄造表面存在鐵素體表皮，加工時(shí)容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損；再次，蠕蟲(chóng)狀的石墨組織阻礙形變裂紋擴(kuò)展，其強(qiáng)度與剛度比灰鐵更高；最后，由于蠕鐵熔鑄蠕化的特殊要求，S含量被嚴(yán)格控制在相當(dāng)?shù)偷乃剑虼耍蝗菀桩a(chǎn)生自潤(rùn)滑，加劇刀具磨損，同時(shí)蠕化劑中添加不利于切削加工的Ti元素也會(huì)加劇刀具的化學(xué)磨損。因此蠕鐵材料的加工特性為限制其應(yīng)用的一大難題。

化學(xué)氣相沉積(Chemical?vapor?deposition，簡(jiǎn)稱(chēng)CVD)，指把一種或幾種含有構(gòu)成涂層薄膜元素的化合物或單質(zhì)氣體通入放置有基體材料的反應(yīng)室，借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基體表面沉積固態(tài)薄膜的工藝技術(shù)，謀求提高耐磨性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、抗氧化性等特殊性能。具有涂層的硬質(zhì)合金刀具比沒(méi)有涂層刀具的壽命可提高5倍以上。

CVD方法在基體上所沉降的涂層可以為單一涂層或多種類(lèi)型組合，如TiC、TiN、TiCN、Al₂O₃、TiAlN等，其中應(yīng)用最廣泛的主要功能涂層為700-900℃中溫溫度范圍沉積的MT-TiCN涂層及900-1100℃溫度沉積的Al₂O₃涂層。

蠕墨鑄鐵涂層刀具方面，美國(guó)專(zhuān)利No.6638609公開(kāi)了一種涂層銑刀片，適用于在中等切削速度下，濕銑具有或不具有鑄造表皮的球磨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。

US20060115683專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種WC-Co(含高W合金化粘結(jié)相)/TiC_xN_yO_z/TiC_xN_y/α-Al₂O₃的銑刀片，適用于在高的銑削速度下，干銑具有或不具有鑄造表皮的灰口鑄鐵、蠕墨鑄鐵或球墨鑄鐵。其中的TiCN層為采用公知的的CH3CN提供C源及N源沉積TiC_xN_y涂層，α-Al2O3為采用公知方法沉積。