CN101892409A

CN101892409A - 一种铣削涂层硬质合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101892409A
Application number: CN 201010233060
Authority: CN
Inventors: 肖旭凯; 易兵
Original assignee: ZHUZHOU HUARUI CEMENTED CARBIDE TOOL CO Ltd
Current assignee: Zhuzhou Huarui precision tool Limited by Share Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: CN101892409B

Abstract

一种铣削涂层硬质合金及其制备方法，由碳化钨粉末、金属钴粉和碳化钽粉末混合配制而成，其各组分之间的重量百分比如下：碳化钨粉末82～92％；金属钴粉10～12％；碳化钽1～3％。其中：所述的碳化钨粉末为粒度为4～6μm，总碳在6.08～6.13％的碳化钨粉末；所述的金属钴粉和碳化钽为普通金属钴粉和碳化钽粉末。所述铣削涂层硬质合金的制备方法是：用粒度为4～6μm，总碳在6.08～6.13％的碳化钨粉末，加上金属钴粉和碳化钽粉末配制成混合料，经压制成型及真空烧结制成重量百分比为金属钴粉：10-13％，碳化钽：1-3％，碳化钨粉末：84-89％组成的高强度韧性的硬质合金基体。并将硬质合金基体经磨削加工和刃口圆化处理后，再进行PVD超氮钛铝氮涂层处理。

Description

一种铣削涂层硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铣削用硬质合金，尤其是指经过涂层处理的铣削用硬质合金，通过调整硬质合金基体的成份及其比例，再对其合金基体表面作PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理，制备出一种合金基体具有高的强度和韧性，表面具有高的硬度和耐磨性的铣削涂层硬质合金。

背景技术

由于硬质合金具有强度高，耐磨性好的特点，随着现代工业的不断发展和进步，硬质合金的用途也越来越广，所有的机加工工具已经绝大部分都是采用硬质合金制作；硬质合金切削工具被广泛用于对钢、不锈钢、淬火钢、铸铁、有色金属和耐热合金的加工之中，但随着工业的进一步发展，人们对加工的要求也越来越高，这必然首先提出了对用于切削加工的工具提出了新的要求；其中最为主要的是对硬质合金切削工具本身的韧性和耐磨性均有越来越高的要求。为了达到所期望的性质，通常是从改善基体性能和作表面强化处理两个方面入手。刀片基体性能改善在于调整合金成份结构比例及其工艺控制手段，提高合金本身的强度和韧性；但从现在的效果来看，希望从刀片基体的方面来提高刀片的性能难度越来越大。因此现在越来越多的人们在将眼光瞄准了作表面强化处理方面，所谓的表面强化处理就是对硬质合金刀具的表面进行改性处理，也就是现在通常所说的利用涂层技术所开发的涂层刀具。涂层刀具是通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。涂层既可以是单涂层、双涂层或多涂层，也可以是由几种涂层材料复合而成的复合涂层。硬质合金涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN)、碳氮化铝钛(TiAlCN)等，其中TiAlN在高速切削中性能优异，其最高工作温度可达800℃。近年来相继开发的一些新型PVD硬涂层材料，如CBN、氮化碳(CNx)、Al₂O₃、氮化物(TiN/NbN，TiN/VN)等，在高温下具有良好的热稳定性，十分适合用于高速切削。近来还出现新开发的纳米涂层刀具材料，如日本住友公司已开发出纳米TiN/AIN复合涂层铣刀片，涂层共达2000层，每层涂层厚度为2.5nm。涂层硬质合金刀具几乎适用于各种难加工材料的切削加工，但涂层的性能(单一涂层和复合涂层)差异很大，因此，如何根据不同的加工对象，选用适宜的涂层刀具材料是目前研究的重点。如在不锈钢的铣削加工方面，瑞典Sandvik公司车削奥氏体不锈钢的GC2015是具有梯度区的抗塑性变形和改进热硬性的基体，加上专为此牌号而设计的TiN-TiN/Al2O3(多层)-TiCN涂层，并对涂层表面进行平滑处理，提高了抗磨料磨损、抗剥落、抗积屑瘤的能力。而韩国KORLOY公司的PC9530为铣削不锈钢的牌号，采用超细颗粒的基体和PVD涂层。但是这些材料属于各自公司尚未公开的技术所制作出来的，而且都是采取的多层复合涂层，制作工艺相当复杂，工艺要求高，所以价格昂贵，不便于推广采用。

发明内容

本发明的目的根据难加工材料的特性，提出一种利用涂层技术与基体材料的改进相结合，使得硬质合金刀片其基体具有高的强度和韧性，表面又具有高的硬度和耐磨性，适合难加工等类似材料加工，且工艺更为简单，成本更低的硬质合金铣削刀片材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铣削涂层硬质合金，由碳化钨粉末(WC)、金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末混合配制而成，其各组分之间的重量百分比如下：

碳化钨粉末(WC)82～92％；

金属钴粉(Co)7～12％；

碳化钽(TaC)1～3％；

其余为杂质。

其中：

所述的碳化钨粉末(WC)为粒度为4～6μm，总碳在6.08～6.13％的碳化钨粉末；

所述的金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)为硬质合金专用(普通金属)钴粉(Co)和硬质合金专用碳化钽(TaC)粉末。

所述铣削涂层硬质合金的制备方法是：用粒度为4～6μm，总碳在6.08～6.13％的碳化钨粉末(WC)，加上金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末配制成混合料，经压制成型及真空烧结制成重量百分比为金属钴粉(Co)：10-13％，碳化钽(TaC)：1-4％，碳化钨粉末(WC)：84-89％组成的高强度韧性的硬质合金基体。并将硬质合金基体经磨削加工和刃口圆化处理后，再进行PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理。

本发明的硬质合金刀片包括以下生产步骤：混合料(PEG工艺)制备、压制成型、真空烧结、(表面处理、)磨削加工、物理涂层(PVD)处理等。主要生产工艺方法如下：

1.混合料制备

混合料由碳化钨粉末(WC)、金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末按照工艺规定的比例配料并按重量比的1.5-3.0％加入PEG成型剂，放入球磨机内以酒精作为湿磨介质进行规定时间的球磨后，置于真空干燥混合器中温度在70～100℃之间、真空度在-0.01--0.1Mpa之间进行4-10小时的干燥，然后擦筛制粒成具有流动性能的混合料。

2.压制成型

根据产品型号规格的不同，用常规压制设备和压制方法将混合料压制成用户所需要的刀片形状压坯。

3.真空烧结

将压制成型的压坯放入真空脱蜡烧结一体炉内加热到1400～1450℃，并进行30～60分钟的保温，然后在氩气保护气氛下冷却到100℃以下出炉。

本发明的硬质合金基体主要性能指标如下表：

本发明的硬质合金基体金相组织结构见附图1：

4.磨削加工和刃口处理

将烧结出来的合金毛坯磨削加工成所需的规格尺寸和精度要求，然后对刀片刃口作圆化处理。

5.PVD涂层处理

将磨削加工和刃口圆化处理好的刀片，进行PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理。

本发明的硬质合金PVD涂层主要性能指标如下表：

所述的PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理是：采用前述工艺方法制作的合金毛坯，在基体表面通过涂覆方式在合金毛坯基体表面形成一层5～7μm厚的、高硬度和耐磨性的超氮氮钛铝(TiAlN)涂层。使刀片在切削加工中，既不会因为强度和韧性不够而容易崩裂，也不会因为硬度和耐磨性不够而降低使用寿命。

本发明的有益效果是：根据难加工等类似材料的特性，采用合理材料配方，使得基体材料具有高的强度和韧性，并通过PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理使得合金表面又具有高的硬度(HV为3500)和耐磨性，使刀片在切削加工中，既不会因为强度和韧性不够而容易崩裂，也不会因为硬度和耐磨性不够而降低使用寿命。十分适合难加工等类似材料加工，且是工艺更为简单，成本更低的难加工等类似材料硬质合金铣削刀具材料及其制备方法。

附图说明：

图1是本发明硬质合金基体金相组织结构图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例一

一种铣削涂层硬质合金，由碳化钨粉末(WC)、金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末混合配制而成，其各组分之间的重量百分比如下：

碳化钨粉末(WC)82％；

金属钴粉(Co)13％；

碳化钽(TaC)3％；

其余为杂质。

其中：

所述的碳化钨粉末(WC)为粒度为4-6μm，总碳为6.08-6.13％的碳化钨粉末；

所述的金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)为硬质合金专用钴粉(Co)和专用碳化钽(TaC)粉末。

所述铣削涂层硬质合金的制备方法是：用粒度为4～6μm，总碳在6.08～6.13％的碳化钨粉末(WC)，加上硬质合金专用金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末配制成混合料，经压制成型及真空烧结制成重量百分比为硬质合金专用金属钴粉(Co)：10-13％，碳化钽(TaC)：1-3％，碳化钨粉末(WC)：84-89％组成的高强度韧性的硬质合金基体。并将硬质合金基体经磨削加工和刃口圆化处理后，再进行PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理。

本发明的硬质合金刀片包括以下步骤：混合料(PEG工艺)制备、压制成型、真空烧结、表面处理、磨削加工、物理涂层(PVD)处理等。主要生产工艺方法如下：

1.混合料制备

混合料由碳化钨粉末(WC)、硬质合金专用金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末按照工艺规定的比例配料并重量比为1.5-3.0％加入PEG成型剂，放入球磨机内以酒精作为湿磨介质进行规定时间的球磨后，置于真空干燥混合器中温度在70～100℃之间、真空度在-0.01---0.1Mpa之间进行4-10小时的干燥，然后擦筛制粒成具有流动性能的混合料。

2.压制成型

3.真空烧结

本发明的硬质合金基体主要性能指标如下表：

本发明的硬质合金基体金相组织结构见附图1：

4.磨削加工和刃口处理

5.PVD涂层处理

本发明的硬质合金PVD涂层主要性能指标如下表：

实施例二

碳化钨粉末(WC)92％；

金属钴粉(Co)7％；

碳化钽(TaC)1％；

其余为杂质。

实施例二的制作方法如实施例一，按照此实施例配方所制作的铣削涂层硬质合金具有更高的硬度。

实施例三

碳化钨粉末(WC)85％；

金属钴粉(Co)12％；

碳化钽(TaC)2％；

其余为杂质。

实施例三的制作方法如实施例一，按照此实施例配方所制作的铣削涂层硬质合金具有更高的韧性。

实施例四

碳化钨粉末(WC)87％；

金属钴粉(Co)12％；

碳化钽(TaC)1％；

其余为杂质。

实施例四的制作方法如实施例一，按照此实施例配方所制作的铣削涂层硬质合金具有较为综合的硬度和韧性。

根据本发明硬质合金刀片基体牌号成份比例和生产工艺方法，经过湿磨、干燥制粒、压制成型，并在真空脱蜡烧结一体炉内加热到1450℃，得到的硬质合金基体性能如下：

根据本发明硬质合金刀片基体采用PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理工艺方法，得到的硬质合金涂层主要性能如下：

用本发明牌号HRBK40P6制作的RPKT1204MO-D57铣刀片，在无锡加工水轮机大叶片时，与国外某公司同类刀片使用情况对比如下：

Claims

1.一种铣削涂层硬质合金，其特征在于：由碳化钨粉末(WC)、硬质合金专用金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末混合配制而成，其各组分之间的重量百分比如下：

碳化钨粉末(WC)82～92％；

硬质合金专用金属钴粉(Co)10～12％；

碳化钽(TaC)1～3％；

其余为杂质。

2.如权利要求1所述的铣削涂层硬质合金，其特征在于：所述的碳化钨粉末(WC)为粒度为4～6μm，总碳在6.08～6.13％的碳化钨粉末。

3.如权利要求1或2所述的铣削涂层硬质合金，其特征在于：所述的金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)为硬质合金专用钴粉(Co)和专用碳化钽(TaC)粉末。

4.一种铣削涂层硬质合金的制备方法，用粒度为4～6μm，总碳在6.08～6.13％的碳化钨粉末(WC)，加上金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末配制成混合料，经压制成型及真空烧结制成重量百分比为金属钴粉(Co)：10-13％，碳化钽(TaC)：1-4％，碳化钨粉末(WC)：84-89％组成的高强度韧性的硬质合金基体。并将硬质合金基体经磨削加工和刃口圆化处理后，再进行PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理。

5.如权利要求5所述的铣削涂层硬质合金的制备方法，其特征在于：硬质合金刀片包括以下步骤：混合料(PEG工艺)制备、压制成型、真空烧结、表面处理、磨削加工、物理涂层(PVD)处理。

6.如权利要求4或5所述的铣削涂层硬质合金的制备方法，其特征在于：生产工艺方法如下：

1)混合料制备

混合料由碳化钨粉末(WC)、金属钴粉(Co)和碳化钽(TaC)粉末按照工艺规定的比例配料并按重量比为1.5-3.0％加入PEG成型剂，放入球磨机内以酒精作为湿磨介质进行规定时间的球磨后，置于真空干燥混合器中温度在70～100℃之间、真空度在-0.01---0.1Mpa之间进行4-10小时的干燥，然后擦筛制粒成具有流动性能的混合料；

2)压制成型

根据产品型号规格的不同，用常规压机设备和压制方法将混合料压制成用户所需要的刀片形状压坯；

3)真空烧结

将压制成型的压坯放入真空脱蜡烧结一体炉内加热到1400～1450℃，并进行30～60分钟的保温，然后在氩气保护气氛下冷却到100℃以下出炉；

4)磨削加工和刃口处理

将烧结出来的合金毛坯磨削加工成所需的规格尺寸和精度要求，然后对刀片刃口作圆化处理；

5)PVD涂层处理

7.如权利要求6所述的铣削涂层硬质合金的制备方法，其特征在于：所述的PVD超氮氮钛铝(TiAlN)涂层处理是：采用前述工艺方法制作的合金毛坯，在基体表面通过涂覆方式在合金毛坯基体表面形成一层5～7μm厚的、高硬度和耐磨性的超氮氮钛铝(TiAlN)涂层；使刀片在切削加工中，既不会因为强度和韧性不够而容易崩裂，也不会因为硬度和耐磨性不够而降低使用寿命。