CN103789524B - 硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法，包括下述工艺步骤：用丙酮清理硬质合金涂层刀具表面去掉硬质合金涂层刀具表面的油污等杂物；处理后的硬质合金涂层刀具放置于脉冲电子束发射装置中，并保证所需处理的刀面处于电子束辐照斑点中心，装置的工作室抽真空至10‑3Pa以上；采用加速电压10~15kV、脉冲电流100~200A的脉冲电子束对涂层刀具进行辐照轰击，脉冲持续时间1~10μs，脉冲频率0.1~10Hz，脉冲次数为1~50次；处理完毕后，取出刀具，即得。使用强流脉冲电子束对硬质合金基体的单层TiN、TiAlN等涂层进行表面处理，可以改善涂层的组织，提高涂层的硬度和耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于材料表面处理技术领域，涉及硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法，具体涉及一种使用强流脉冲电子束表面处理提高硬质合金涂层刀具的表面性能和切削性能的方法。
背景技术
随着制造业的高速发展，高转速、小切深、大进给的加工技术要求对涂层硬质合金刀具需求量日益提高。TiN、TiAlN等硬质涂层刀具具有优异的硬度、耐磨损和抗高温氧化性能，成为目前应用较多的一类新型刀具。然而，硬质涂层也存在着与基体存在着较大的残余应力、表面液滴数量较多、涂层致密性差等先天缺陷，影响了涂层的微观结构、力学性能，从而使硬质涂层硬质合金刀具的应用还受到一定的限制。
强流脉冲电子束 (High Current Pulsed Electron Beam, HCPEB)作为一种新兴的高能束表面处理技术，具有能量利用率高、加热和冷却速度快、定位准确、参数易于调节等优势。该技术在表面工程领域显现出了独特的优势，能够对辐照材料的表层及次表层诱发非平衡的物理化学及力学状态变化，获得常规手段难以达成的表面组织和组成，大幅提高材料的显微硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。
采用强流脉冲电子束对涂层硬质合金刀具表面进行后处理，可在提高涂层的致密性和表观质量的同时，改善涂层与硬质合金基体的结合状态。
发明内容
本发明的目的，是提供一种硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法，能有效改善涂层的组织，提高涂层的硬度和耐磨性能。
采用的技术方案是：
一种硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法，包括下述工艺步骤：
1、用丙酮清理硬质合金涂层刀具表面去掉硬质合金涂层刀具表面的油污等杂物；
2、将经步骤（1）处理后的硬质合金涂层刀具放置于脉冲电子束发射装置中，并保证所需处理的刀面处于电子束辐照斑点中心，装置的工作室抽真空至10-3Pa以上；
3.采用加速电压10~15kV、脉冲电流100~200A的脉冲电子束对涂层刀具进行辐照轰击，脉冲持续时间1~10μs，脉冲频率0.1~10Hz，脉冲次数为1~50次；
4.处理完毕后，取出刀具，即得。
采用强流脉冲电子束对涂层刀具进行表面处理，要求涂层厚度不得低于4μm，以避免辐照次数过多使涂层减薄过多，降低使用性能；其次，电子束辐照位置依据刀具使用工况选择不同的刀面进行选择。
本发明所具有的效果：
使用强流脉冲电子束对硬质合金基体的单层TiN、TiAlN等涂层进行表面处理，可以改善涂层的组织，提高涂层的硬度和耐磨性，进一步提高涂层与基体的结合状态，满足钛合金等难加工材料的高速切削要求。
具体实施方式
实施例一
一种硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法，包括下述工艺步骤：
1、选用TiN单层涂层硬质合金刀具，涂层厚4μm，用丙酮清洁刀具表面，去掉油污，备用；
2、将经步骤（1）处理后的TiN单层涂层硬质合金刀具置于强流脉冲电子束发生装置中，并使所需处理的刀面处于电子辐照斑点中心，该装置工作室抽真空至10-3Pa以上；
3、对TiN单层涂层硬合金刀具需处理的刀面用强流脉冲电子束处理，加速电压为15kV，加速电流为200A，脉冲持续时间10μs，脉冲频率10HZ，轰击次数50次。
4、处理完毕，取出刀具。
实施例二
一种硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法，包括下述工艺步骤：
1、选取TiAlN涂层硬质合金刀具，有TiAlN涂层和超细颗粒的强韧性基体，其涂层晶粒尺寸约为50 nm，涂层厚度约为4 μm。
对TiAlN涂层硬质合金刀具表面进行丙酮清理，去除油污等杂物；
2、将涂层硬质合金刀具放置于强流脉冲电子束装置中，保证所需处理的刀面处于电子束辐照斑点中心，装置的工作室抽真空至5×10-3Pa；
3、强流脉冲电子束处理工艺参数为：加速电压13kV；脉冲电流180A；脉冲持续时间5μs，脉冲频率0.1HZ。轰击位置选择在刀具表面距刀尖处的前刀面，轰击次数为20次。
4、处理完毕后，取出刀具，即得。
对涂层组织进行观察测试力学性能，进行了针对TC4钛合金的切削实验，切削速度为88 m/min。
经处理后的涂层刀具，涂层厚度减小至3.5μm；显微硬度由原来的2880HV提高至3114HV；表面粗糙度由0.28 μm降至0.24 μm。切削实验结果为，当轴向切削200mm时，后刀面最大磨损量减小了37.5%。
Claims (1)
1.一种硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法，其特征在于包括下述工艺步骤：
（1）、用丙酮清理涂层厚度为4μm的硬质合金涂层刀具表面的油污杂物；
（2）、将经步骤（1）处理后的硬质合金涂层刀具放置于脉冲电子束发射装置中，并保证所需处理的刀面处于电子束辐照斑点中心，装置的工作室抽真空至10-3Pa以上；
（3）、采用加速电压10~15kV、脉冲电流100~200A的脉冲电子束对涂层刀具进行辐照轰击，脉冲持续时间1~10μs，脉冲频率0.1~10Hz，脉冲次数为1~50次；
（4）、 处理完毕后，取出刀具，即得；
所述涂层为TiN或TiAlN。
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