(Ti,Al,Zr)N多组元复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法_3

文档序号:9823271阅读:来源:国知局
80至-130 V、占空比为90%、工作压强为0.5-0.8Pa、N2流量为220-280 SCCM的条件下,Ti靶通入60-90A电流,沉积15_30min制备得到作为过渡层的TiAlN层;
(3)沉积功能层
在脉冲偏压-50V?-200V、占空比为90%、压强1.5Pa?3.0Pa的调节下,对Zr靶通70-90A电流、AlTi合金靶通60A?90A电流,在温度400 °C下沉积时间35-50 min得到(Ti ,Al,Si,Zr)r^f0
[0038]本发明具有该(Ti,Al,Zr)N多组元复合涂层的梯度超细硬质合金刀具,其刀具基体与(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层结合性好,整体刀具具有良好的耐磨耐温性能,强度高、抗冲击性能优良。实施例3。
[0039]提供一种具有(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层的梯度超细硬质合金刀具的制备方法,包括刀具基体的制备和在刀具基体表面制备(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层。
[0040]刀具基体由以下质量百分比的各组分烧结而成:5-15%的TiC,2_5%的TaC,10_15%合金粘结相,余量为WC。合金粘结相由以下质量百分比的粉体组成:0.5-5.5%的Cr ,0.5-5.5%的Mo,0.5-5.5%的B,0.5-5.5%的Al ,0.5-5.5%的V,0.5-5.5%的Y,0.5-5.5%的Si,余量为(:0,且合金粘结相中0、10、8^1、¥、¥和51的质量之和为合金粘结相质量的7-20%。
[0041 ]刀具基体的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备合金粘结相:按质量百分比分别称取Cr、Mo、B、Al、V、Y、S1、Co八种粉体,将八种粉体混合均匀,得合金粘结相。优选将八种粉体置于球磨机中,用硬质合金研磨球球磨72小时,且每球磨Ih就暂停球磨1min,得到合金粘结相。
[0042]S2、制备坯料:按质量百分比分别称取合金粘结相、TiC、TaC、WC四种组分,四种组分组成原料粉体;按原料粉体总质量的1.5-2.5%称取石蜡,并将石蜡与原料粉体混合均匀,得到坯料。
[0043]S3、压制坯体:将坯料压制成型,得坯体。
[0044]可先用压模机将坯料压制成型,得初坯体;再用冷等静压机进一步压制初坯体,得坯体。
[0045]S4、烧结:将坯体置于烧结炉中,以5-8°C/min的速度升温至1200-1250°C,保温18-22min,并保持10—3Pa以下的真空度;然后向烧结炉中充入氮气并以1-3°C/min的速度升温至1420-1450 °C,保温55-65min且保持0.2MPa以上的压强;接着再以2-6 °C/min的速度降温至1000-1200°C,保温110-130min,并保持0.2MPa以上的压强;再接着坯体随炉冷却,并保持0.2MPa以上的压强,制得表面硬化的梯度硬质合金。
[0046]可在步骤S4前,进行预烧结步骤,所述预烧结步骤是将坯体置于烧结炉中,在惰性气体气氛下,以1400°C烧结1min;坯体随炉冷却后精修坯体外形。
[0047]该方法所制备的硬质合金基体具有优异的力学性能,改善了硬质合金的红硬性。硬质合金基体内的晶粒细小,为正常组织层;硬质合金的表层富立方相而贫粘结相即贫钴富立方相,且表层下还有一富合金化粘结相的过渡层即富钴过渡层,从而使硬质合金具有优异的硬度、耐磨性和韧性。
[0048]合金基体制备完成后,对其进行化学清洗,然后在其表面沉积(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层。
[0049]多弧离子镀设备以磁过滤驱动电源驱动,采用纯度为99.99%的纯Zr靶、纯Ti靶和两个AlTi合金靶,AlTi合金靶中Al原子与Ti原子的比为67:33。
[0050](Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层的具体制备过程如下:
(1)刀具基体及靶材清洗
对真空室进行加热和抽真空,在腔室温度达到450 °C、真空度为1.52 X 10—2 Pa时通入高纯度的Ar气,在Ar气流量为260SCCM时保持压强为2 Pa,利用Ar离子辉光清洗安装于旋转台上的刀具基体30min;
保持旋转台以3rpm的转速旋转,抽真空至10—3 Pa时,在刀具基体上加占空比为50%、脉冲偏压-1000V,将Ti靶和Al靶通入90A的电流进行烧靶,然后将两个AlTi合金靶通入80A电流烧靶进行烧靶,完成对靶材的清洗;
(2)高能钛离子轰击刀具基体
在脉冲偏压-200 V、占空比90%、工作压强0.6 Pa、N2流量200 SCCM的条件下,在Ti靶通入70A电流,在温度400°C利用高能金属Ti离子轰击刀具基体5min,粗化基体表面;
(3)沉积TiAlN层
在Ti金属离子轰击刀具基体后,在脉冲偏压-150 V、占空比为90%、工作压强为0.6Pa、N2流量为250 SCCM的条件下,Ti靶通入80A电流,沉积20min制备得到作为过渡层的TiAlN 层;
(3)沉积功能层
在脉冲偏压-150V、占空比为90%、压强2.0Pa的调节下,对Zr靶通80A电流、AlTi合金靶通80A电流,在温度400 °C下沉积时间45 min得到(Ti ,Al ,Si,Zr)N层。
[0051]本发明所制备的具有该(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层的梯度超细硬质合金刀具,其刀具基体与(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层结合性好,整体刀具具有良好的耐磨耐温性能,强度高、抗冲击性能优良。
[0052]实施例4。
[0053]—种用于梯度超细硬质合金刀具的(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层,其结构与实施例1-3中任意一项中的(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层相同,包括用于沉积于刀具基体表面作为过渡层的TiAlN层、沉积于过渡层上作为功能层的(Ti,A1,Zr)N层。
[0054]本发明制备的(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层,其与刀具基体结合性良好,复合涂层的涂层之间附着力良好,其耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性良好,强度高、抗冲击性能优良。
[0055]最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种具有(Ti,Al,Zr)N多组元复合涂层的梯度超细硬质合金刀具,其特征在于:由刀具基体和设置于刀具基体上的(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层构成;所述刀具基体包括正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层,所述正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层按照从内而外的顺序依次排列;所述(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层包括用于沉积于贫钴富立方相层表面作为过渡层的TiAlN层和沉积于过渡层上作为功能层的(Ti,A1,Zr)N层。2.根据权利要求1所述的具有(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层的梯度超细硬质合金刀具,其特征在于:所述刀具基体中钴的含量为5-15wt.%;所述正常组织层为超细硬质合金,WC晶粒尺寸为1-1OOOOnm;所述正常组织层的厚度大于2mm,所述富钴过渡层的厚度为20-100微米;所述贫钴富立方相层的厚度为20-50微米;所述功能层的厚度为10-30微米,所述过渡层厚度为0.1-2微米。3.根据权利要求2所述的具有(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层的梯度超细硬质合金刀具,其特征在于:所述刀具基体中钴的含量为8-12wt.%;所述正常组织层的WC晶粒尺寸为Inm-400nm;所述(Ti ,Al,Zr)N多组元复合涂层通过多弧离子镀工艺制备而成。4.根据权利要求3所述的具有(Ti,A1,Zr)N多组元复合涂层的梯度超细硬质合金刀具,其特征在于:(Ti ,Al,Zr)N多组元复合涂层的具体制备过程如下:(I)刀具基体及靶材清洗对真空室进行加热和抽真空,在腔室温度达到400-500°C、真空度为1.50 X 10—2 -2.0X 10 一2Pa时通入高纯度的Ar气,在Ar气流量为250-300SCCM时保持压强为1.5-2.5 Pa,
当前第3页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1