本发明属于钻头制备领域，尤其涉及一种wc-10ni/bni-2复合涂层、采用该复合涂层制备的钻头及其制备方法。
背景技术：
：传统的路面钻头一般由硬质合金钻头本体及焊接于后部的刀柄组成，在进行工作时虽然钻头本体的损耗非常大，但是其后部的刀柄部分的损耗同样也非常大，甚至对刀柄表面的耐磨性和硬度要求更高。而人们常常忽略了这一点，只在一味地追求钻头本体的硬度和耐磨性，最终导致钻头在长期服役后钻头本体完好，而刀柄表面出现大幅度内凹的现象，大大影响了钻头整体的寿命及路面养护维修的效率。针对上述问题，目前通过两三种方式进行改善：一为将后部刀柄部分放大来提高钻头寿命，但是效果却不如人意，长期使用后刀柄部分依旧出现一定的磨损内凹，并且此方式大大增加了生产成本；二为对钻头后部的刀柄部分进行表面改性，以提高表面的硬度和耐磨性，但是目前的表面改性如化学沉积、热喷涂和电镀等均无法满足其硬度、耐磨性及涂层厚度方面的要求；三为采用激光熔覆法，该方法不但成型美观，其硬度、耐磨性、涂层厚度也达到了使用要求，然而钻头的耐冲击性却大大下降，一旦在工作过程中受到了较大的冲击载荷，将会直接导致激光熔覆的涂层剥落。因此，现亟需一种能够提高刀柄硬度、耐磨性及耐冲击性的钻头。技术实现要素：发明目的：本发明的第一目的是提供一种成型性好，且能够制备成不同形状的wc-10ni/bni-2复合涂层；本发明的第二目的是提供一种采用上述复合涂层制备的钻头，该钻头不仅硬度高、耐磨性强，且耐冲击性强。本发明的第三目的是提供该钻头的制备方法。技术方案：本发明的wc-10ni/bni-2复合涂层，包括钎料涂层及金属涂层，所述钎料涂层按质量分数包括bni-297～99％及粘结剂1～3％；所述金属涂层按质量分数包括30～45μm的wc-10ni粉末9～38％、15～20μm的wc-10ni粉末9～38％、bni-220～78％及粘结剂2～4％。本发明通过将钎料涂层和金属涂层进行复配，组合而成wc-10ni/bni-2复合涂层，采用此双层“布”能有效降低涂层表面的线收缩率；且制备的钎料及金属“涂层布”，各自并非完全致密，颗粒之间存在间隙，采用双层布能有效填充这些间隙，从而降低涂层线收缩率；同时由于wc-10ni的密度高于bni-2钎料，真空熔覆过程中wc-10ni依靠自身的重力向下沉入液态的bni-2钎料，同时依靠bni-2钎料的毛细作用，wc-10ni之间的间隙被液态钎料填充，最终形成硬度高、耐磨性强的复合涂层。其中，将bni-2及粘结剂相结合制备成立体蛛网式结构的“布”状材料，不仅结合力高，且能够裁剪成不同形状；同时，将30～45μm的wc-10ni粉末、15～20μm的wc-10ni粉末、bni-2及粘结剂相复配，制备成由粘结剂将硬质合金与钎料粉末包裹其中而形成纵横交错的立体蛛网式结构，不仅结合力高，且能够裁剪成不同形状，适应性强。此外，采用两种不同粒径的wc-10ni粉，进而较小的wc-10ni颗粒能够填充到较大的wc-10ni颗粒与较大的wc-10ni颗粒的间隙之中，提高了涂层的致密度。进一步说，本发明的粘结剂按质量分数包括：聚四氟乙烯28～40％、间苯二酚10～20％、3-二乙氨基丙胺8～12％、顺丁烯二酸酐10～14％、聚乙烯亚胺6～9％、滑石粉16～25％、甲基三甲氧基硅烷6～8％、聚碳酸酯4～12％。本发明采用上述wc-10ni/bni-2复合涂层制备的钻头，包括钻尖及设于钻尖后端的刀柄，该刀柄表面由内而外设有钎料涂层及金属涂层。本发明制备上述钻头的方法，包括如下步骤：将钎料涂层及金属涂层依次紧贴于钻头刀柄后，将钻尖与刀柄通过钎料对接，置于真空钎焊炉中，先在300～400℃条件下保温反应10～20min后，再在450～550℃条件下保温反应25～35min；随后在750～850℃条件下保温反应20～30min，再在1000～1100℃条件下保温反应20～30min，最后冷却至750～850℃后，再随炉冷却至50～90℃，制得涂覆有wc-10ni/bni-2复合涂层的钻头。本发明采用真空钎焊在实现硬质合金钻尖与刀柄的连接的同时，在刀柄表面真空熔覆柔性“涂层布”，有效提高了钻头表面的硬度及耐磨性，并且大大降低经济成本。再进一步说，钎料涂层由如下步骤制得：按质量分数将bni-2及粘结剂混合后，多次调整轧棍与工作台间的间隙进行反复轧制，制得钎料涂层。金属涂层由如下步骤制得：按质量分数将30～45μm的wc-10ni粉末、15～20μm的wc-10ni粉末、bni-2混合后，加入粘结剂，多次调整轧棍与工作台间的间隙进行反复轧制，制得金属涂层。优选的，轧制时调整轧棍与工作台间的初始间隙为3～5mm，随后依次调整至2～3.0mm及0.5～2.0mm。三种间隙均轧制15～30min。更进一步说，本发明制备钻头时采用的真空钎焊的真空度≤5×10-3pa。冷却至750～850℃的冷却速率为5～8℃/min。有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该wc-10ni/bni-2复合涂层不仅线收缩率低，且成型性好，制备成不同的形状，涂层和钻头的空间位置能够良好把控；同时采用该复合涂层制备的钻头不仅硬度高、耐磨性强，且耐冲击性强，寿命长；此外，钻头的制法简便，安全环保。具体实施方式下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。本发明的wc-10ni/bni-2复合涂层，包括钎料涂层及金属涂层。钎料涂层按质量分数包括bni-27～99％及粘结剂1～3％；金属涂层按质量分数包括30～45μm的wc-10ni粉末9～38％、15～20μm的wc-10ni粉末9～38％、bni-220～78％及粘结剂2～4％。其中，bni-2的组分及含量为：cr6～8％、b2.75～3.5％、si4.0～5.0％、fe2.5～3.5％、c0.06％、p0.02％及余量ni。此外，本发明采用的钎料为cu85mn钎料，包括85％的cu及15％的mn。本发明采用的上述原料均可从市场上购买得到。实施例1复合涂层：钎料涂层及金属涂层；钎料涂层、金属涂层及粘结剂的组分及含量如下表1至表3所示。表1钎料涂层组分及含量组分bni-2粘结剂含量/％982表2金属涂层组分及含量组分30μm的wc-10ni粉末20μm的wc-10ni粉末bni-2粘结剂含量2525473表3粘结剂组分及含量组分含量聚四氟乙烯30间苯二酚103-二乙氨基丙胺10顺丁烯二酸酐10聚乙烯亚胺7滑石粉18甲基三甲氧基硅烷7聚碳酸酯8钎料涂层的制备方法包括如下步骤：(1)按质量百分比称取bni-2和粘结剂装入自动搅拌设备器皿中，将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；(2)将上述制备的混合体在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊30min成型；(3)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊30min，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；(4)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(0.5～2.0mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊30min，形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，bni-2镶嵌或包裹在粘接剂中，形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的bni-2均匀分布，轧辊形成柔性钎料布。金属涂层的制备方法包括如下步骤：(1)按质量百分比称取30μm的wc-10ni粉末、20μm的wc-10ni粉末、bni-2，并将其混合；(2)将混合物装入自动搅拌设备器皿中，并加入粘结剂，随后将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；(3)将步骤(2)制得的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊30min成型；(4)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊30min，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；(5)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(0.5～2.0mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊30min，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，wc-10ni及bni-2被包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成金属布。采用上述钎料涂层及金属涂层制备的钻头，包括钻尖及设于钻尖后端的刀柄，该刀柄表面由内而外包括钎料涂层及金属涂层。具体的制备方法包括如下步骤：(1)用砂纸研磨钻头刀柄表面，用酒精和丙酮清洗15min后用清洁布擦拭干净并常温干燥；(2)将裁剪好的钎料涂层及金属涂层材料依次紧贴于清洗后的待焊表面上；(3)将cu85mn钎料置于硬质合金钻尖与后部刀柄间，并置于真空度不超过5×10-3pa的真空钎焊炉中；(4)以10℃/min的速率升温至350℃，保温15min；以5℃/min的速率升温至500℃/min，保温30min，使复合涂层中的有机粘结剂及钎料充分挥发出来，保障后续熔覆过程的真空度；随后以10℃/min/min的速率升温至800℃，保温25min，以10℃/min的速率升温至1030℃并保温25min，再以5℃/min的速度降温至800℃，最后随炉冷却至90℃出炉。性能检测：将该实施例制备的wc-10ni/bni-2复合涂层及钻头进行性能检测可知，该复合涂层成型较好，钎焊连接区形成致密的界面结合，钻头表面的涂层剪切强度、表面洛氏硬度值分别约为312mpa，59.9hrc。实施例2复合涂层：钎料涂层及金属涂层；钎料涂层、金属涂层及粘结剂的组分及含量如下表4至表6所示。表4钎料涂层组分及含量组分bni-2粘结剂含量/％973表5金属涂层组分及含量组分38μm的wc-10ni粉末18μm的wc-10ni粉末bni-2粘结剂含量99784表6粘结剂组分及含量组分含量聚四氟乙烯28间苯二酚103-二乙氨基丙胺8顺丁烯二酸酐10聚乙烯亚胺9滑石粉25甲基三甲氧基硅烷6聚碳酸酯4钎料涂层的制备方法包括如下步骤：(1)按质量百分比称取bni-2和粘结剂装入自动搅拌设备器皿中，将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；(2)将上述制备的混合体在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊20min成型；(3)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊20min，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；(4)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(0.5～2.0mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊20min，形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，bni-2镶嵌或包裹在粘接剂中，形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的bni-2均匀分布，轧辊形成柔性钎料布。金属涂层的制备方法包括如下步骤：(1)按质量百分比称取38μm的wc-10ni粉末、18μm的wc-10ni粉末、bni-2，并将其混合；(2)将混合物装入自动搅拌设备器皿中，并加入粘结剂，随后将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；(3)将步骤(2)制得的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊20min成型；(4)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊20min，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；(5)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(0.5～2.0mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊20min，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，wc-10ni及bni-2被包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成金属布。采用上述钎料涂层及金属涂层制备的钻头，包括钻尖及设于钻尖后端的刀柄，该刀柄表面由内而外包括钎料涂层及金属涂层。具体的制备方法包括如下步骤：(1)用砂纸研磨钻头刀柄表面，用酒精和丙酮清洗15min后用清洁布擦拭干净并常温干燥；(2)将裁剪好的钎料涂层及金属涂层材料依次紧贴于清洗后的待焊表面上；(3)将cu85mn钎料置于硬质合金钻尖与后部刀柄间，并置于真空度不超过5×10-3pa的真空钎焊炉中；(4)以10℃/min的速率升温至350℃，保温15min；以5℃/min的速率升温至500℃，保温30min，使复合涂层中的有机粘结剂及钎焊胶充分挥发出来，保障后续熔覆过程的真空度；随后以10℃/min的速率升温至800℃，保温25min；以10℃/min的速率升温至1030℃并保温25min，再以5℃/min的速度降温至800℃，最后随炉冷却至50℃出炉。性能检测：将该实施例制备的wc-10ni/bni-2复合涂层及钻头进行性能检测可知，该复合涂层成型较好，钎焊连接区形成致密的界面结合，钻头表面的涂层剪切强度、表面洛氏硬度值分别约为319mpa，56.6hrc。实施例3复合涂层：钎料涂层及金属涂层；钎料涂层、金属涂层及粘结剂的组分及含量如下表7至表9所示。表7钎料涂层组分及含量组分bni-2粘结剂含量/％991表8金属涂层组分及含量组分45μm的wc-10ni粉末15μm的wc-10ni粉末bni-2粘结剂含量3838222表9粘结剂组分及含量组分含量聚四氟乙烯28间苯二酚143-二乙氨基丙胺12顺丁烯二酸酐14聚乙烯亚胺6滑石粉16甲基三甲氧基硅烷6聚碳酸酯4钎料涂层的制备方法包括如下步骤：(1)按质量百分比称取bni-2和粘结剂装入自动搅拌设备器皿中，将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；(2)将上述制备的混合体在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊25min成型；(3)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊25min，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；(4)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(0.5～2.0mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊25min，形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，bni-2镶嵌或包裹在粘接剂中，形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的bni-2均匀分布，轧辊形成柔性钎料布。金属涂层的制备方法包括如下步骤：(1)按质量百分比称取45μm的wc-10ni粉末、15μm的wc-10ni粉末、bni-2，并将其混合；(2)将混合物装入自动搅拌设备器皿中，并加入粘结剂，随后将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；(3)将步骤(2)制得的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊20min成型；(4)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊20min，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；(5)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(0.5～2.0mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊20min，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，wc-10ni及bni-2被包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成金属布。采用上述钎料涂层及金属涂层制备的钻头，包括钻尖及设于钻尖后端的刀柄，该刀柄表面由内而外包括钎料涂层及金属涂层。具体的制备方法包括如下步骤：(1)用砂纸研磨钻头刀柄表面，用酒精和丙酮清洗15min后用清洁布擦拭干净并常温干燥；(2)将裁剪好的钎料涂层及金属涂层材料依次紧贴于清洗后的待焊表面上；(3)将cu85mn钎料置于硬质合金钻尖与后部刀柄间，并置于真空度不超过5×10-3pa的真空钎焊炉中；(4)以10℃/min的速率升温至300℃，保温20min；以5℃/min的速率升温至450℃，保温35min，使复合涂层中的有机粘结剂及钎焊胶充分挥发出来，保障后续熔覆过程的真空度；随后以10℃/min的速率升温至750℃，保温30min；以10℃/min的速率升温至1000℃并保温30min，再以5℃/min的速度降温至750℃，最后随炉冷却至50℃出炉。性能检测：将该实施例制备的wc-10ni/bni-2复合涂层及钻头进行性能检测可知，该复合涂层成型较好，钎焊连接区形成致密的界面结合，钻头表面的涂层剪切强度、表面洛氏硬度值分别约为321mpa，60.6hrc。实施例4复合涂层：钎料涂层及金属涂层；钎料涂层、金属涂层及粘结剂的组分及含量如下表10至表12所示。表10钎料涂层组分及含量组分bni-2粘结剂含量/％982表11金属涂层组分及含量组分45μm的wc-10ni粉末15μm的wc-10ni粉末bni-2粘结剂含量3838204表12粘结剂组分及含量钎料涂层与金属涂层的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于轧制15min。采用上述钎料涂层及金属涂层制备的钻头，包括钻尖及设于钻尖后端的刀柄，该刀柄表面由内而外包括钎料涂层及金属涂层。具体的制备方法包括如下步骤：(1)用砂纸研磨钻头刀柄表面，用酒精和丙酮清洗15min后用清洁布擦拭干净并常温干燥；(2)将裁剪好的钎料涂层及金属涂层材料依次紧贴于清洗后的待焊表面上；(3)将cu85mn钎料置于硬质合金钻尖与后部刀柄间，并置于真空度不超过5×10-3pa的真空钎焊炉中；(4)以10℃/min的速率升温至400℃，保温10min；以5℃/min的速率升温至550℃，保温25min，使复合涂层中的有机粘结剂及钎焊胶充分挥发出来，保障后续熔覆过程的真空度；随后以10℃/min的速率升温至850℃，保温20min；以10℃/min的速率升温至1100℃并保温20min，再以8℃/min的速度降温至850℃，最后随炉冷却至150℃出炉。性能检测：将该实施例制备的wc-10ni/bni-2复合涂层及钻头进行性能检测可知，该复合涂层成型较好，钎焊连接区形成致密的界面结合，钻头表面的涂层剪切强度、表面洛氏硬度值分别约为309mpa，62.3hrc。实施例5基本步骤与实施例1相同，不同之处在于粘结剂的组分含量，如下表13所示。表13粘结剂组分及含量性能检测：将该实施例制备的wc-10ni/bni-2复合涂层及钻头进行性能检测可知，该复合涂层成型较好，钎焊连接区形成致密的界面结合，钻头表面的涂层剪切强度、表面洛氏硬度值分别约为312mpa，60.8hrc。实施例6基本步骤与实施例1相同，不同之处在于粘结剂的组分含量，如下表14所示。表14粘结剂组分及含量组分含量聚四氟乙烯28间苯二酚20二乙氨基丙胺8顺丁烯二酸酐10聚乙烯亚胺6滑石粉16甲基三甲氧基硅烷6聚碳酸酯6性能检测：将该实施例制备的wc-10ni/bni-2复合涂层及钻头进行性能检测可知，该复合涂层成型较好，金相观察发现钎焊连接区形成致密的界面结合，钻头表面的涂层剪切强度、表面洛氏硬度值分别约为313mpa，58.9hrc。上述实施例中，本发明的粘结剂的制备是将原料混合即可。通过上述实施例可知，本发明的涂层制备的钻头硬度、耐磨性及耐冲击性强。当前第1页12