[發明專利]具有尖角效應的梯度結構涂層硬質合金刀具及其制備方法

在審

• 申請號: 202310058452.4
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN116079058A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 鐘志強;薛彥;唐彥淵;鐘遠;張帥;徐國鉆;陳邦明
• 申請（專利權）人: 崇義章源鎢業股份有限公司
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F3/02;B22F3/10;B22F3/24;C23C16/44
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 張騰

本發明屬于粉末冶金技術領域，具體為一種具有尖角效應梯度結構涂層硬質合金刀具及其制備方法，在刀具表層區具有脫β層的同時又在刀尖處保留了β相，使得刀具不僅韌性好，還保持良好的耐磨性能；本發明壓制模具在模體和沖頭的刀尖壓制處設有預制槽，該預制槽的存在使得刀具壓坯在刀尖處有一低密度β相遷移區，在燒結過程中既能形成脫β層，又能在刀尖處實現β相的富集；本發明通過對壓制模具進行改進，獲得帶有低密度預制凸起的刀具毛坯，協同噴砂作用，獲得β相與刀尖接觸的刀具基體。該發明不需要復雜的燒結工藝，即可穩定的得到具有尖角效應梯度結構的硬質合金刀具，該發明大大降低了生產難度，提升了產品質量，合格率高，易于產業化。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，具體為一種具有尖角效應梯度結構涂層硬質合金刀具及其制備方法。

背景技術

硬質合金是由難熔金屬的硬質化合物(WC,TiC,TaC,NbC,Mo₂C等)和粘結金屬(Co,Ni,Fe等)制成的一種合金材料，由于具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，號稱“工業牙齒”被廣泛應用于切削刀具材料。隨著TiC、TaC、NbC及其復合碳化物等立方相的添加，硬質合金的高溫紅硬性和耐磨性大大提高，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度，因此常被用于制備有色金屬的切削刀具。

然而，目前的硬質合金，難以在屈服強度、紅硬性、抗塑性形變、抗磨損等性能中取得較為理想的平衡，而是僅能夠提高上述性能中的一個或幾個，例如，提高了硬質合金的硬度和韌性的同時，往往難以保證合金的屈服強度以及塑性形變問題等等。對硬質合金表面進行梯度化處理，實現不同部位具備不同的功能，例如表面脫β層梯度結構硬質合金，在其表面制備一層約10-100um的缺立方相富粘接相韌性層，其基體表面Co含量是基體平均Co含量1～2倍，脫β層具有很高的韌性，可吸收在氣相沉積涂層時由于涂層和基體間熱膨脹系數的不同而在冷卻過程中產生的熱應力，減緩刀具在使用過程中微裂紋向基體內的擴展，從而提高刀具的使用壽命。然而，在切削刀具的刃口處，受兩邊脫氮驅動力的相互作用，刃尖處表層無立方相富鈷結構的存在會降低材料的屈服強度和紅硬性。在切削過程中，刃口處將承受劇烈的熱和機械負荷，刃口處無立方相且富粘接相的存在容易導致該類型的硬質合金產生刃口塑性變形，使刀面抗磨損能力下降。

為了解決傳統刀具基體容易產生裂紋，梯度基體耐磨性能差的情況，一種β相與刀尖相接觸并含有脫β層的梯度基體很好解決了上述問題。但是，目前在業內為了得到具有尖角效應梯度結構，普遍采用成分燒結工藝方法，例如專利CN102002664B公開了一種梯度結構硬質合金的制備方法，先通過表面氧化的方法使硬質合金表面一定深度內脫碳得到梯度合金前驅體，即把標準硬質合金埋在一定比例的Mg(OH)₂和Al₂O₃的混合填料內于氫氣氣氛中高溫熱處理一定時間，使合金一定深度范圍內局部脫碳生成η相，再把脫碳的樣品進行固體滲碳處理，從而得到粘結相呈梯度的梯度結構硬質合金。再例如專利CN113652629A公開了一種功能梯度結構硬質合金及其制備方法和應用，其制備方法采用了低溫沉積+高溫滲碳的兩步滲碳燒結工藝，獲得功能梯度結構硬質合金。專利CN112846259?B公開了一種制備表層含立方相梯度結構硬質合金基體及其制備方法，然而，在合金的刀尖處，受兩邊驅動力的交互作用，刀尖處仍存在立方相數量不足，影響高溫紅硬性等問題。于此同時，在非刀尖部位，由于立方相的存在，將降低刀具的整體韌性，從而減小刀具的加工范圍。

綜上所述，目前的制備方法中鮮有關于制備得到β相與刀尖相接觸并含有脫β層的梯度基體的硬質合金，如何制備得到在刀具具有脫β層同時在刀尖處保留了β相的梯度結構涂層硬質合金刀具成為了一個新的技術難點。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明的主要目的是提出一種具有尖角效應梯度結構涂層硬質合金刀具及其制備方法。

為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案：