CN102154536A - 硬质合金刀具表面强流脉冲电子束处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硬质合金刀具表面强流脉冲电子束处理方法，属于材料表面处理技术领域。其特征是先对硬质合金刀具表面进行清理，然后将其固定在工作台上，抽真空到预工作值。根据处理刀具的改性要求，选择强流脉冲电子束工作参数，包括电子加速电压、脉冲持续时间、能量密度为、脉冲间隔时间、处理次数等。最后，操作强流脉冲电子束对硬质合金刀具表面需要处理部位进行加工处理。处理完毕后，真空排气，取出刀具。本发明的有益效果是提高了硬质合金刀具表面性能和使用寿命，克服现有技术存在的工艺复杂、涂层与基体结合力差和成本高等问题，处理工艺简单，质量控制稳定。处理后的刀具表层组织均匀细化，改性层深。
Description
技术领域
本发明属于材料表面处理技术领域，涉及一种提高硬质合金刀具表面性能和使用寿命的新方法，具体是一种指硬质合金刀具表面强流脉冲电子束处理方法
背景技术
进入21世纪以来，随着制造技术的全球化趋势，制造业竞争更加激烈，对制造技术带来巨大挑战。刀具的质量、性能和使用寿命直接影响加工产品的质量、成本、生产率和生产企业的经济效益。因此，人们一直在努力研究新型刀具材料，或采用新型表面处理技术提高刀具的使用性能和寿命。
近30年来，作为切削加工最基本要素的刀具材料发展迅速，各种新型刀具材料不断出现。目前，工业生产中常用的刀具材料主要有高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具等。硬质合金刀具由于其具有高硬度、高强度、高弹性模量、耐磨损和耐腐蚀等性能特点，所以在很多场合取代了高速钢刀具，覆盖了大部分常规的加工领域，成为目前应用最多的一种刀具材料。
涂层技术是当前提高硬质合金刀具表面性能的主要方法。现在已被实际使用的涂层技术有很多种，包括CVD、PVD、PCVD、盐浴浸镀法等，它们都可以在一定程度上提高刀具的使用性能。但是，这些方法普遍存在着涂层制备工艺复杂、涂层与基体附着力差、成本较高、生产周期长和涂层质量不稳定等问题。因此，开发新型硬质合金刀具表面处理技术具有重要的实用价值。
当前，高能密束流技术发展迅速，并在表面工程领域显示出独特优势，得到人们的广泛重视和研究。利用高能密束流可以实现多种表面处理工艺，即通过能量冲击作用产生极端处理条件，使材料表层发生质量分布、化学及力学状态变化，获得常规方法难以达到的表层组织和使用性能。
发明内容
针对现有硬质合金刀具表面处理技术的不足，本发明提出一种采用强流脉冲电子束进行硬质合金刀具表面处理方法，提高了硬质合金刀具的表面性能和使用寿命。利用强流脉冲电子束处理硬质合金刀具，加工刀具表面平滑光整，形成一定厚度的表面改性层，表层组织均匀细化，与基体形成连续过渡，显著提高硬质合金刀具的综合性能。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
步骤1.对硬质合金刀具表面进行清理，去除附作物和油污，必要时可以使用砂纸打磨，然后利用酒精或丙酮清洗、吹干。
步骤2.将清理后的硬质合金刀具放入强流脉冲电子束装置，固定在工作台上，抽真空，真空度高于10-2Pa。
步骤3.根据处理刀具的改性要求，包括改性层深度、表面粗糙度、表层晶粒度指标，选择强流脉冲电子束工作参数，包括电子加速电压15～30千伏，脉冲持续时间0.5～5微秒，能量密度为1～6J/cm2，脉冲间隔时间5～10秒，处理次数1～30次。
步骤4.通过工作台移动调整处理工件的位置(平动和转动)，操作强流脉冲电子束对硬质合金刀具表面需要处理部位进行加工处理。处理完毕后，真空排气，取出处理刀具。
强流脉冲电子束处理时，对硬质合金刀具的材质、形状及表面状态无特殊限制，可以是目前常用的普通、细晶粒或超细晶粒WC基硬质合金和TiC(N)基硬质合金，可以是新的、长期放置或使用过的各种形状刀具。
与现有硬质合金刀具涂层技术和其它高能密束流表面处理方法相比，本发明的有益效果是：
1.强流脉冲电子束以加速电子为能量载体，瞬时高、纯能量沉积，无元素注入问题，能量利用率高达80％以上。
2.强流脉冲电子束热力影响区大，可形成厚度超过十微米的表面改性层。
3.硬质合金刀具表层经历快速加热、熔化和急冷循环作用后，表面平滑光整，改性层组织均匀细化，显著改善刀具表面性能。
4.强流脉冲电子束处理硬质合金刀具，表面改性层与基体形成连续过渡，克服涂层与基体之间结合力差的问题；
5.强流脉冲电子束装置采用非聚集、φ60mm大束斑，电子加速电压低于30kV设计，处理面积大，不存在辐射污染问题。
6.强流脉冲电子束处理硬质合金刀具处理工艺简单，质量控制稳定，适于进行批量加工。
附图说明
附图1是硬质合金刀具表面强流脉冲电子束处理示意图。
图中：1阴极；2阴极等离子体；3阳极等离子体；4阳极；5火花源；6电子束；7工作台；8工件；9磁场线圈。
附图2是强流脉冲电子束处理YG8硬质合金刀具表面形貌照片。
所用工作参数为：电子加速电压24KV，脉冲时间3.5μs，轰击20次。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细对本发明的具体实施例作进一步说明。
选择YG8普通粒度硬质合金刀具进行处理，这是一种典型的硬质合金刀具材料。
强流脉冲电子束表面处理时，按照以下过程操作：
1.对YG8硬质合金刀具表面进行预处理，除油、除锈，清洗吹干。
2.将预处理后的YG8硬质合金刀具放入强流脉冲电子束装置，固定在工作台7，抽真空到预定的工作值，本实施例真空度指标为5×10-3Pa。
3.设置强流脉冲电子束装置工作参数：电子加速电压24KV，脉冲时间为3.5μs，能量密度4.5J/cm2。
4.按下强流脉冲电子束装置的触发按钮，电子枪磁场线圈9通电，提供约束磁场，火花源5放电，形成电子枪阴极1和阳极4之间的阴、阳极等离子体2，3。此时，阴极施加负极性脉冲电压，放电形成电子束6，作用于工件8，实现一次强流脉冲电子束处理。
5.选择强流脉冲电子束脉冲间隔时间10S，处理20个脉冲。
6.处理完毕，真空排气，取出YG8硬质合金刀具。
经强流脉冲电子束处理后，YG8硬质合金刀具表面平整光滑，露出新鲜金属光泽，如附图2所示。经测量，刀具表面摩擦系数减小40％，耐磨性提高近一倍。
Claims (2)
1.一种硬质合金刀具表面强流脉冲电子束处理方法，其特征在于如下步骤：
步骤1.对硬质合金刀具表面进行清理，去除附作物和油污，必要时使用砂纸打磨，然后利用酒精或丙酮清洗、吹干；
步骤2.将清理后的硬质合金刀具放入强流脉冲电子束装置，固定在工作台上，抽真空，真空度高于10-2Pa；
步骤3.根据处理刀具的改性要求，选择强流脉冲电子束工作参数，包括电子加速电压15～30千伏，脉冲持续时间0.5～5微秒，能量密度为1～6J/cm2，脉冲间隔时间5～10秒，处理次数1～30次；
步骤4.通过工作台移动调整处理工件的位置，操作强流脉冲电子束对硬质合金刀具表面需要处理部位进行加工处理；处理完毕后，真空排气，取出处理刀具。
2.根据权利要求1所述的硬质合金刀具表面强流脉冲电子束处理方法，其特征还在于：强流脉冲电子束处理时，对硬质合金刀具的材质、形状及表面状态无特殊限制，是目前常用的普通、细晶粒或超细晶粒WC基硬质合金和TiC(N)基硬质合金，是新的、长期放置或使用过的各种形状刀具。
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