和TiCN复合涂层的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种去除硬质合金表面A1203和TiCN复合涂层的方法，属于硬质合金材料和粉末冶金技术领域。
【背景技术】
[0002]切削工具是硬质合金材料应用的重要方向之一。A1203和TiCN复合涂层具有涂层厚度小(通常只有十几到几十微米)、与硬质合金基体结合牢固、可大幅度提高刀具的耐磨和耐氧化腐蚀性能。因此，具有复合涂层的硬质合金刀具成为切削工具应用的主流产品。随着刀具应用范围和数量的增多，每年都有大批的刀具报废，这些报废的刀具含有大量的战略元素钨和稀有金属钴，其回收再利用受到各国相关企业的重视。这些带涂层刀具在回收过程中，涂层材料成为再生合金中的杂质元素，严重影响合金的性能和使用范围。因此，涂层硬质合金刀具表面涂层的去除成为此类硬质合金材料再生利用的关键技术。
[0003]已有研究者针对硬质合金表面涂层的去除方法进行了研究，如化学方法中化学分解法、电解法、电化学法等，这些方法使用大量的酸碱溶液，对环境非常不利；物理方法如离子束、喷砂等，存在成本高、易引入杂质、涂层难以去除干净等问题。A1203层耐氧化和耐酸碱腐蚀，TiCN层与硬质合金基体结合性强，且具有抗氧化性。因此，该复合涂层的去除是目前硬质合金回收再生过程中关注的焦点和急待解决的难点问题。为此，硬质合金工业领域急待研发一种工艺方便、环境友好、实用高效的硬质合金表面涂层去除方法。
[0004]本申请的发明人在大量实验探索研究的基础上，开发出一种针对硬质合金基体表面A1203和TiCN复合涂层的去除方法，应用本技术去除A1 203和TiCN复合涂层，不使用对环境造成污染的酸碱溶液，去除方法简单有效，且能批量完成硬质合金的回收再生。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有的硬质合金表面涂层去除中存在的问题，提供一种硬质合金表面复合涂层的去除方法。无论硬质合金成分如何，A1203和TiCN复合涂层的总厚度都在5-30 μ m范围内，使用本方法均可将涂层去除干净。
[0006]本发明针对硬质合金表面涂层去除的国际难题，提供一种A1203和TiCN复合涂层的去除方法。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤:
[0008](1)将涂覆A1203和TiCN复合涂层的硬质合金，在大气环境下加热，升温速率为3?10°C /min，温度升至700?1000°C，保温一定时间；将加热后的试样迅速置于液氮中淬火，得到涂层开裂的试样；
[0009](2)将步骤⑴得到的试样置于球磨机中进行湿磨，球磨后滤去杂质，进行烘干和去磨球，获得部分涂层脱落和涂层带有裂纹的试样；具体参数优选:球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ 1?6mm的硬质合金球，球磨转速为80?150转/分钟，球磨时间为20?60分钟；
[0010](3)将步骤⑵得到的试样在空气的条件下、700?1000°C，保温6?60分钟，将加热后的试样直接置于球磨机中进行湿磨，球磨后滤去杂质，烘干并去磨球，最终获得A1203和TiCN复合涂层去除干净的硬质合金块体。具体参数优选:球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ3?8mm的硬质合金球，球磨转速为80?150转/分钟，球磨时间为10?30分钟；
[0011]步骤(1)中，保温时间和淬火时间对涂层和硬质合金基体的膨胀和收缩有重要的影响，对硬质合金表面涂层的裂纹大小及其分布有决定性的作用。加热保温时间保证基体的温度均匀，硬质合金基体发生足够的膨胀。加热时间&= (10?30)V1/3分钟，其中，V是基体硬质合金的体积，此体积为单位mm3对应的数值，优选V = 2.0?1000mm 3。液氮中淬火既要保证基体温度的下降，又要保证涂层材料温度迅速降低至液氮温度，发生急剧收缩，进一步增加涂层裂纹的数量和尺寸。液氮中的冷却时间t2= (2?3)d秒，其中，d是涂层的厚度，此厚度为单位μ m对应的数值，d = 3?50μηι。
[0012]优选本发明的基体为WC-Co硬质合金时，步骤(3)的保温时间为(2?3)Cc。分钟，其中C&为基体硬质合金中Co的含量(质量百分数)，参数C&的取值范围为:CCc]= 3?20。
[0013]与现有去除硬质合金表面涂层的化学方法、物理方法等方法相比，本发明具有如下优势:
[0014](1)本发明将带涂层的硬质合金材料在空气中加热，在液氮中淬火，基于硬质合金基体和涂层材料的热膨胀系数的差异，使试样表面涂层开裂，且裂纹分布均匀；通过球磨的方式将部分开裂的涂层去除，为在进一步加热过程中空气的进入提供通道，使加热过程中基体与氧气接触，发生氧化，生成体积膨胀的氧化物，使涂层开裂和破碎；利用氧化物的脆性，通过球磨去除残余的涂层和少量氧化物，获得涂层去除干净的硬质合金基体。可以看出，无论试样加热、还是液氮中淬火，表面涂层的各个位置的热量变化基本一致，因此，本发明除了简单外形试样，还尤其适用于复杂形状试样表面涂层的去除，且涂层去除均匀、彻底。
[0015](2)本发明实施过程使用的辅助材料为液氮和水，不需要酸、碱等化学试剂，是一种对环境无污染的涂层去除方法，且不引入杂质，从根本上保证去除涂层后硬质合金材料的洁净。
[0016](3)本发明工艺步骤简单，影响涂层去除效果的因素少，利于提高生产效率、产品质量和制备材料性能的稳定性。
[0017]综上，本发明较已有硬质合金涂层的去除方法，具有涂层去除完全、尤其是技术本身硬件设备投资很少、环境友好、节能减排等突出优势，本发明的技术特征适合工业化规模生产。
【附图说明】
[0018]图1实施例1中原料试样截面的扫描电子显微镜照片；
[0019]图2实施例1和2中去除涂层后试样的X-射线衍射图谱；
[0020]图3实施例1中去除涂层后试样表面的扫描电子显微镜照片；
[0021]图4实施例2中加热和淬液氮后试样表面的扫描电子显微镜照片和化学成分；
[0022]图5实施例2中去除涂层后试样表面的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0023]下面结合事实上了对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0024]实施例1:原料的截面图如图1所示。基体为WC-lOCo硬质合金，与基体直接接触的涂层成分为TiCN，厚度为9 μ m，A1203涂层的厚度为4 μ m，是试样的表面层，直接与外界接触，原料试样的体积是730mm3;将原料置于马弗炉中，采用5°C /min的加热速度升高到950°C，保温240分钟；将加热后的试样置于液氮中淬火30s ;淬火后的试样置于球磨机中进行湿磨，其参数是:球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ3πιπι的硬质合金球，球磨转速为120转/分钟，球磨时间为30分钟；球磨后滤去杂质，进行烘干和去磨球；将获得的试样置于850°C的马弗炉中热处理20分钟后进行湿磨，球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ 3mm的硬质合金球，球磨转速为90转/分钟，球磨时间为15分钟；球磨后滤去杂质，烘干并去磨球。最终制备得到的硬质合金块体的X-射线衍射图谱如图2(a)所示，其表面形貌如图3所示。可以看出，制备的硬质合金块体物相纯净，只有WC和Co相组成。
[0025]实施例2:原料的基体为含抑制剂的WC-16CO硬质合金，TiCN涂层厚度为12 μ m，A1203涂层厚度为6 μ m，合金体积为20mm3。将原料置于马弗炉中，采用8°C /min的加热速度升高到800°C，保温50分钟；将加热后的试样置于液氮中淬火50s，淬火后试样表面形貌及成分如图4所示；淬火后试样置于球磨机中进行湿磨，其参数是:球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ 5mm的硬质合金球，球磨转速为100转/分钟，球磨时间为45分钟；球磨后滤去杂质，进行烘干和去磨球；将获得的试样置于1000°C的马弗炉中热处理40分钟后进行湿磨，球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ8_的硬质合金球，球磨转速为110转/分钟，球磨时间为10分钟；球磨后滤去杂质，烘干并去磨球。最终制备得到的硬质合金块体的X-射线衍射图谱如图2(b)所示，其表面形貌如图5所示。可以看出，制备的硬质合金块体物相纯净，只有WC和Co相组成。
【主权项】
1.一种去除硬质合金表面A1 203和TiCN复合涂层的方法，其特征在于，包 括以下步骤: (1)将涂覆A1203和TiCN复合涂层的硬质合金，在大气环境下加热，升温速率为3?10°C /min，温度升至700?1000°C，保温一定时间；将加热后的试样迅速置于液氮中淬火，得到涂层开裂的试样； (2)将步骤(1)得到的试样置于球磨机中进行湿磨，球磨后滤去杂质，进行烘干和去磨球，获得部分涂层脱落和涂层带有裂纹的试样； (3)将步骤⑵得到的试样在空气的条件下、700?1000°C，保温6?60分钟，将加热后的试样直接置于球磨机中进行湿磨，球磨后滤去杂质，烘干并去磨球，最终获得A1203和TiCN复合涂层去除干净的硬质合金块体。2.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤(2)球磨具体参数:球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ 1?6mm的硬质合金球，球磨转速为80?150转/分钟，球磨时间为20?60分钟。3.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤(3)球磨具体参数:球磨介质为水，球料比为0.5:1，磨球为直径Φ 3?8mm的硬质合金球，球磨转速为80?150转/分钟，球磨时间为10?30分钟。4.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤(1)加热时间t!= (10?30)V 1/3分钟，其中，V是基体硬质合金的体积，此体积为单位mm3对应的数值，V = 2.0?8000mm3。5.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤(1)液氮中的冷却淬火时间t2=(2?3)d秒，其中，d是涂层的厚度，此厚度为单位μ m对应的数值，d = 3?50 μπι。6.按照权利要求1的方法，其特征在于，基体为WC-Co硬质合金时，步骤(3)的保温时间为(2?3) Cc。分钟，其中Cc。为基体硬质合金中Co的含量(质量百分数)，参数Cc。的取值范围为:C&= 3?20。
【专利摘要】一种去除硬质合金表面Al2O3和TiCN复合涂层的方法，属于硬质合金材料和粉末冶金技术领域。以涂层材料和基体材料的热膨胀系数差异为切入点，考虑材料的尺寸和涂层厚度，综合基体材料和涂层材料的导热性和膨胀系数的差异，制定带有Al2O3和TiCN复合涂层的硬质合金的加热工艺和液氮中淬火工艺；对球磨后的试样，根据基体Co含量确定热处理温度和保温时间，进一步球磨后得到复合涂层去除干净的硬质合金块体材料。本发明使用设备简单、不引入杂质、节能环保，且可实现工业化规模生产，能够彻底去除Al2O3和TiCN复合涂层而获得纯净的硬质合金基体材料。
【IPC分类】B02C17/00, B09B5/00, B09B3/00
【公开号】CN105344694
【申请号】CN201510634839
【发明人】刘雪梅, 王海滨, 宋晓艳, 杨涛
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年9月29日