CN106399917A - 一种硬质合金刀具的表面氮化处理工艺 - Google Patents

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陆旭锋
蒋道顺
余金川
李明祥
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
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Abstract

本发明公开了一种硬质合金刀具的表面氮化处理工艺，首先将硬质合金刀具放入溶液中进行超声清洗10～20min去掉油污、粉尘和汗渍等，用热风将其吹干；其次，将清洗后的刀具以及催渗剂一起放入真空炉中抽至真空，然后开始加热升温；最后，当炉内温度达到规定温度后通入一定压力的氨气，且每隔一段时间要进行更换氨气，保温一定时间后停止加热，随炉冷却至室温即可。通过本发明的表面氮化处理工艺处理的硬质合金刀具表层会形成一定厚度的渗氮层，该渗氮层不仅硬度高、耐腐蚀性和耐磨性好，而且在基体的表层内部生成，不会发生脱落的现象，极大的延长了刀具的寿命；同时，该工艺操作简单，制备成本低。

Description

一种硬质合金刀具的表面氮化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种硬质合金刀具的表面氮化处理工艺，属于刀具表面处理技术领域。
背景技术
随着科学技术的快速发展，新材料、新工艺在机械制造中得以广泛应用。金属切削刀具的技术能力和需求特点发生了更本性的变化，高精度、高效率、高可靠性、专用化(三高一专)的切削刀具将是行业的主流，制造企业对于刀具要求越来越高。为了更好的提高刀具的切削性能，满足各种服役条件，延长刀具的使用寿命，刀具生产商采用了各种的涂层技术。通过在硬质合金刀具表面涂覆一层或者多层硬度高耐磨性好的金属或者非金属材料的薄膜，能够使刀具的综合性能得到明显提升，使用寿命得以延长。
目前，硬质合金刀具使用较多的涂层技术主要有两种，即化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)、其他的还有等离子喷涂、火焰喷涂、电镀等。这些涂层工艺都有一个共同点，就是通过形成一层或者多层的材料薄膜覆盖在刀具的表面，从而提高其综合性能。它们都存在一个明显的缺陷，薄膜材料不能和刀具基体形成完美的结合，结合力低。刀具在切削过程中处于高速旋转状态，与工件之间存在很强的摩擦力。因此，薄膜材料很容易从刀具基体上脱落。同时，涂层的均匀性也不能得到保证。另外，涂层设备相对复杂、价格昂贵，使刀具的制备成本也大大增加。
发明内容
针对现有的刀具表面处理技术的不足，本发明提供了一种硬质合金刀具的表面氮化处理工艺，该工艺操作简单，制备成本低，经本发明处理后的刀具表层会形成一定厚度、均匀且致密的渗氮层，此渗氮层不仅硬度高、耐腐蚀性和耐磨性好，而且在基体的表层内部生成，不会发生脱落的现象，极大的延长了刀具的寿命。
本发明的技术方案：一种硬质合金刀具的表面氮化处理工艺，包括以下步骤：
(1)将硬质合金刀具放入超声清洗溶液中进行超声清洗10～20min，去掉油污、粉尘和汗渍等，然后用热风将硬质合金刀具吹干；
(2)将清洗后的硬质合金刀具以及催渗剂一起放入真空炉中，并将真空炉抽至真空，然后开始加热升温；
(3)当真空炉内温度达到至500～600℃后，通入压力为0.02～0.08MPa的氨气，且每隔0.5～1h要进行更换氨气，保温8～20h后停止加热，随炉冷却至室温即可。
上述工艺中，所述的超声清洗溶液为去离子水加洗涤剂、丙酮或无水乙醇。
上述工艺中，所述的催渗剂为稀土催渗剂氯化铈或氯化镧。
由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：本发明采用真空炉为渗氮设备，以氨气作为渗氮介质，操作简单，制备成本低；硬质合金刀具通过本工艺获得的渗氮层不仅硬度、耐磨性与其他涂层技术获得的涂层相当，而且在基体表层的内部生成，在使用过程中不会脱落，极大的延长了刀具的使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例中，刀具材料为YT15硬质合金，其具体操作如下：首先，将YT15硬质合金刀具放入酒精溶液中进行超声清洗20min去掉油污、粉尘和汗渍等，然后用热风将其吹干；其次，将清洗后的刀具以及催渗剂氯化铈一起放入真空炉中抽至真空，然后开始加热升温；最后，当炉内温度达到580℃后，通入0.04MPa的氨气，每隔0.5h进行更换一次氨气，保温12h后停止加热，随炉冷却至室温即可。
经检测，通过本发明处理后的刀具表层会形成厚度为5μm、均匀且致密的渗氮层，此渗氮层不仅硬度高、耐腐蚀性和耐磨性好，而且渗入基体的表层5μm，不会发生脱落的现象，极大的延长了刀具的寿命。
实施例2
本实施例中，刀具材料为YW1硬质合金，其具体操作如下：首先，将YW1硬质合金刀具放入去离子水加洗涤剂溶液中进行超声清洗10min，再用纯去离子水超声清洗10min去掉油污、粉尘和汗渍等，用热风将其吹干；其次，将清洗后的刀具以及催渗剂氯化镧一起放入真空炉中抽至真空，然后开始加热升温；最后，当炉内温度达到540℃后，通入0.06MPa的氨气，每隔1h进行更换一次氨气，保温16h后停止加热，随炉冷却至室温即可。
经检测，通过本发明处理后的刀具表层会形成厚度为6μm、均匀且致密的渗氮层，此渗氮层不仅硬度高、耐腐蚀性和耐磨性好，而且渗入基体的表层6μm，不会发生脱落的现象，极大的延长了刀具的寿命。
实施例3
本实施例中，刀具材料为YT5硬质合金，其具体操作如下：首先，将YT5硬质合金刀具放入丙酮溶液中进行超声清洗20min去掉油污、粉尘和汗渍等，用热风将其吹干；其次，将清洗后的刀具以及催渗剂氯化镧一起放入真空炉中抽至真空，然后开始加热升温；最后，当炉内温度达到560℃后，通入0.08MPa的氨气，每隔1h进行更换一次氨气，保温20h后停止加热，随炉冷却至室温即可。
经检测，通过本发明处理后的刀具表层会形成厚度为5μm、均匀且致密的渗氮层，此渗氮层不仅硬度高、耐腐蚀性和耐磨性好，而且渗入基体的表层5μm，不会发生脱落的现象，极大的延长了刀具的寿命。

Claims (3)

1.一种硬质合金刀具的表面氮化处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)将硬质合金刀具放入超声清洗溶液中进行超声清洗10～20min，去掉油污、粉尘和汗渍等，然后用热风将硬质合金刀具吹干；
(2)将清洗后的硬质合金刀具以及催渗剂一起放入真空炉中，并将真空炉抽至真空，然后开始加热升温；
(3)当真空炉内温度达到至500～600℃后，通入压力为0.02～0.08MPa的氨气，且每隔0.5～1h要进行更换氨气，保温8～20h后停止加热，随炉冷却至室温即可。
2.根据权利要求1所述的硬质合金刀具的表面氮化处理工艺，其特征在于：所述的超声清洗溶液为去离子水加洗涤剂、丙酮或无水乙醇。
3.根据权利要求1所述的硬质合金刀具的表面氮化处理工艺，其特征在于：所述的催渗剂为稀土催渗剂氯化铈或氯化镧。
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