CN109321797A - 一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料，由硬质合金基底和涂层构成，所述硬质合金基底由以下质量百分比的原料组成：80～85％硬质相、5～10％粘接相、3～5％抑制相、2～5％增硬相；所述硬质相由以下质量百分比的原料组成：65～71％碳化钨，22～28％碳化钛，3～7％硼化钨；所述粘接相由以下质量百分比的原料组成：62～71％钴，15～21％羟基镍粉，10～13％锰，3～5％羟基铁粉和1～2％钨粉；所述抑制相由以下质量百分比的原料组成：80～87％碳酸亚乙烯酯，5～8％二氧化钛，3～6％碳化铌，3～6％碳化钽，1～3％碳化铬和0.5～2％碳化钒；所述增硬相由以下质量百分比的原料组成：51～60％碳化锆，25～42％绿碳化硅，4～9％氧化钇和3～7％二氧化锆；所述涂层为氮化钛‑碳氮化钛‑氧化铝复合涂层。

Description

一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属刀具技术领域，具体涉及一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料及其制备方法。
背景技术
硬质合金刀具是以高硬度难熔金属碳化物(WC、TiC等)微粉为硬质相，以钴(Co)、镍(Ni)、钼(Mo)等为粘接相，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金刀具因具有高硬度、高耐磨性和低成本等优点。硬质合金刀片允许的切削温度高达800～1000°С，常温硬度达89～93HRA，在540°С时为82～87HRA，具有化学稳定性好、耐热性高，成为现代金属切削加工刀片的重要材料。
管子开坡口作为管系制作的重要环节，目前坡口机在管系打坡口根据的工作原理为三十度角自动进刀坡口，由于进刀量无法控制，管子开坡口结束时会产生翻边的问题，这影响了坡口的质量，影响了装配质量。由于翻边问题的严重，需要花大量的人工在打磨翻边，也浪费人工。针对上述问题，我们设计和制作了一种管子坡口多用途刀具。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料，该硬质合金材料具有高硬度、高耐磨性和切削温度高等优点。
本发明的另一目的在于提供一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料制备方法，该方法操作简便，制造成本低。
本发明的另一目的在于提供一种坡口机专用刀具，使用该刀具制作的坡口表面光顺，无翻边，速度快，工作效率高，还能进行内坡口加工，加装的水平刀头还能进行管口端面切割，用途广泛。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料，由硬质合金基底和涂层构成，所述硬质合金基底由以下质量百分比的原料组成：80～85％硬质相、5～10％粘接相、3～5％抑制相、2～5％增硬相；所述硬质相由以下质量百分比的原料组成：65～71％碳化钨，22～28％碳化钛，3～7％硼化钨；所述粘接相由以下质量百分比的原料组成：62～71％钴，15～21％羟基镍粉，10～13％锰，3～5％羟基铁粉和1～2％钨粉；所述抑制相由以下质量百分比的原料组成：80～87％碳酸亚乙烯酯，5～8％二氧化钛，3～6％碳化铌，3～6％碳化钽，1～3％碳化铬和0.5～2％碳化钒；所述增硬相由以下质量百分比的原料组成：51～60％碳化锆，25～42％绿碳化硅，4～9％氧化钇和3～7％二氧化锆；所述涂层为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
作为优选的技术方案，所述碳化钨的粒度为0.5～1.5μm，碳化钛的粒度为2～3μm；钴的粒度为1.0～1.3μm，羟基镍粉的粒度为1.3～1.7μm；碳酸亚乙烯酯的粒度为0.5～1.5μm；碳化锆的粒度为1.5～1.7μm；绿碳化硅的粒度为1.5～2.1μm。
一种坡口机专用刀具的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(一)硬质合金基底的制备；
a、湿磨：分别称取上述硬质相、粘接相、抑制相和增硬相材料，将各原料通过滚筒式球磨机进行湿磨，湿磨介质为去离子水，研磨球为氧化铝球，氧化铝球的粒度为15～20mm；
b、干燥：在真空干燥箱中将湿磨后的浆料进行干燥，干燥温度为70～80℃，真空度为-0.15～-0.08MPa，干燥5～10h,
c、烧结：将干燥好的粉料，在真空炉中烧结成型，烧结温度1180～1250℃，真空度为-0.08～-0.01MPa，烧结4～8h；
d、渗碳处理：将烧结成型的基体置于氢气气氛中，在1020～1140℃进行渗碳处理30～50min，得到硬质合金基底；
(二)涂层的制备；
a、将CVD涂层反应器预抽真空至80mbar以下，加热至涂层沉积温度1000℃；
b、将氮气、四氯化钛和氢气混合气体预热至700℃导入反应器中，制备氮化钛涂层，所述氮气、四氯化钛和氢气的体积比为1:2:4；
c、将乙腈和四氯化钛反应混合气体预热至800℃导入反应器中，制备碳氮化钛涂层，所述氯化铝，所述四氯化钛与乙腈的体积比为1:10；
d、经氯化铝、一氧化碳、氢气和二氧化碳混合气体预热至300℃导入反应器中，制备氧化铝涂层，所述氯化铝、一氧化碳和二氧化碳的体积比为2:1:3:1；
e、涂层结束后，在氢气氛围下冷却至100℃一下，所述硬质合金基底的涂层结构为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
作为优选的技术方案，所述湿磨步骤中原料与湿磨介质的液固比为700～800ml/kg，球磨的球料比为8～10:1。
一种坡口机专用刀具，包括刀具本体、刀片和刀片锁紧螺丝；所述刀具本体设有两个刀片连接端，一个刀片连接端设置在刀具本体一端且与刀具本体呈30～45°夹角，另一个刀片连接端设置在刀具本体的中间位置，且与刀具本体垂直设置，所述刀片连接端与刀具本体焊接或与刀具本体一体成型；所述刀剑本体与刀片通过锁紧螺丝连接；所述刀片采用上述硬质合金材料制成。
作为优选的技术方案，所述刀片为矩形刀片，所述矩形顶角为圆角。
作为优选的技术方案，所述刀具重量为250g。
本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料，该硬质合金材料具有高硬度、高耐磨性和切削温度高等优点。切削温度高达800～1000℃，硬度高达1800～1900kgf/mm2，常温硬度1880～1975kgf/mm2。
采用上述合金材料制成的坡口机专用刀具中的刀片，所述专用刀具制作的坡口表面光顺，无翻边，速度快，工作效率高，还能进行内坡口加工，加装的水平刀头还能进行管口端面切割，具有多种使用方式。
附图说明
图1是本发明坡口机专用刀具结构示意图；
图2是本发明坡口机专用刀具使用状态图；
图3是本发明坡口机专用刀具另一使用状态图。
图中：1、刀具本体；2、刀片连接端；3、刀片；4、刀片锁紧螺丝。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种坡口机专用刀具的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(一)硬质合金基底的制备；
a、湿磨：分别称取硬质相、粘接相、抑制相和增硬相材料：80％硬质相、10％粘接相、5％抑制相、5％增硬相；所述硬质相由以下质量百分比的原料组成：71％碳化钨，25％碳化钛，4％硼化钨；所述粘接相由以下质量百分比的原料组成：62％钴，21％羟基镍粉，13％锰，3％羟基铁粉，1％钨粉；所述抑制相由以下质量百分比的原料组成：80％碳酸亚乙烯酯，5％二氧化钛，6％碳化铌，6％碳化钽，1％碳化铬和2％碳化钒；所述增硬相由以下质量百分比的原料组成：51％碳化锆，42％绿碳化硅，4％氧化钇和3％二氧化锆；所述涂层为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
所述碳化钨的粒度为0.5～1.0μm，碳化钛的粒度为2～2.3μm；钴的粒度为1.0～1.3μm，羟基镍粉的粒度为1.3～1.7μm；碳酸亚乙烯酯的粒度为0.5～1.0μm；碳化锆的粒度为1.5～1.7μm；绿碳化硅的粒度为1.5～2.0μm。
将各原料通过滚筒式球磨机进行湿磨，湿磨介质为去离子水，研磨球为氧化铝球，氧化铝球的粒度为15～18mm；
b、干燥：在真空干燥箱中将湿磨后的浆料进行干燥，干燥温度为70～80℃，真空度为-0.15～-0.10MPa，干燥5h,
c、烧结：将干燥好的粉料，在真空炉中烧结成型，烧结温度1180～1200℃，真空度为-0.08～-0.05MPa，烧结4h；
d、渗碳处理：将烧结成型的基体置于氢气气氛中，在1020～1100℃进行渗碳处理30min，得到硬质合金基底；
(二)涂层的制备；
a、将CVD涂层反应器预抽真空至80mbar以下，加热至涂层沉积温度1000℃；
b、将氮气、四氯化钛和氢气混合气体预热至700℃导入反应器中，制备氮化钛涂层，所述氮气、四氯化钛和氢气的体积比为1:2:4；
c、将乙腈和四氯化钛反应混合气体预热至800℃导入反应器中，制备碳氮化钛涂层，所述氯化铝，所述四氯化钛与乙腈的体积比为1:10；
d、经氯化铝、一氧化碳、氢气和二氧化碳混合气体预热至300℃导入反应器中，制备氧化铝涂层，所述氯化铝、一氧化碳和二氧化碳的体积比为2:1:3:1；
e、涂层结束后，在氢气氛围下冷却至100℃一下，所述硬质合金基底的涂层结构为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
所述湿磨步骤中原料与湿磨介质的液固比为700ml/kg，球磨的球料比为8:1。
一种坡口机专用刀具，包括刀具本体1、刀片3和刀片锁紧螺丝4；所述刀具本体设有两个刀片连接端2，一个刀片连接端设置在刀具本体一端且与刀具本体呈30～45°夹角，另一个刀片连接端设置在刀具本体的中间位置，且与刀具本体垂直设置，所述刀片连接端与刀具本体焊接或与刀具本体一体成型；所述刀剑本体与刀片通过锁紧螺丝连接；所述刀片采用上述硬质合金材料制成。
所述刀片为矩形刀片，所述矩形顶角为圆角。
所述刀具重量为250g。
实施例2
一种坡口机专用刀具的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(一)硬质合金基底的制备；
a、湿磨：分别称取硬质相、粘接相、抑制相和增硬相材料：85％硬质相、5％粘接相、5％抑制相、5％增硬相；所述硬质相由以下质量百分比的原料组成：71％碳化钨，23％碳化钛，6％硼化钨；所述粘接相由以下质量百分比的原料组成：71％钴，15％羟基镍粉，10％锰，3％羟基铁粉和1％钨粉；所述抑制相由以下质量百分比的原料组成：87％碳酸亚乙烯酯，5％二氧化钛，3％碳化铌，3％碳化钽，1％碳化铬和1％碳化钒；所述增硬相由以下质量百分比的原料组成：60％碳化锆，25％绿碳化硅，9％氧化钇和7％二氧化锆；所述涂层为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
所述碳化钨的粒度为0.8～1.5μm，碳化钛的粒度为2～3μm；钴的粒度为1.0～1.3μm，羟基镍粉的粒度为1.3～1.5μm；碳酸亚乙烯酯的粒度为0.5～0.8μm；碳化锆的粒度为1.5～1.7μm；绿碳化硅的粒度为1.5～1.8μm。
将各原料通过滚筒式球磨机进行湿磨，湿磨介质为去离子水，研磨球为氧化铝球，氧化铝球的粒度为20mm；
b、干燥：在真空干燥箱中将湿磨后的浆料进行干燥，干燥温度为70～80℃，真空度为-0.10～-0.08MPa，干燥10h,
c、烧结：将干燥好的粉料，在真空炉中烧结成型，烧结温度1180～1250℃，真空度为-0.05～-0.01MPa，烧结8h；
d、渗碳处理：将烧结成型的基体置于氢气气氛中，在1020～1140℃进行渗碳处理40min，得到硬质合金基底；
(二)涂层的制备；
a、将CVD涂层反应器预抽真空至80mbar以下，加热至涂层沉积温度1000℃；
b、将氮气、四氯化钛和氢气混合气体预热至700℃导入反应器中，制备氮化钛涂层，所述氮气、四氯化钛和氢气的体积比为1:2:4；
c、将乙腈和四氯化钛反应混合气体预热至800℃导入反应器中，制备碳氮化钛涂层，所述氯化铝，所述四氯化钛与乙腈的体积比为1:10；
d、经氯化铝、一氧化碳、氢气和二氧化碳混合气体预热至300℃导入反应器中，制备氧化铝涂层，所述氯化铝、一氧化碳和二氧化碳的体积比为2:1:3:1；
e、涂层结束后，在氢气氛围下冷却至100℃一下，所述硬质合金基底的涂层结构为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
所述湿磨步骤中原料与湿磨介质的液固比为800ml/kg，球磨的球料比为10:1。
实施例3
一种坡口机专用刀具的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(一)硬质合金基底的制备；
a、湿磨：分别称取硬质相、粘接相、抑制相和增硬相材料：83％硬质相、8％粘接相、4％抑制相、5％增硬相；所述硬质相由以下质量百分比的原料组成：70％碳化钨，25％碳化钛，5％硼化钨；所述粘接相由以下质量百分比的原料组成：65％钴，18％羟基镍粉，12％锰，3％羟基铁粉和2％钨粉；所述抑制相由以下质量百分比的原料组成：85％碳酸亚乙烯酯，5％二氧化钛，5％碳化铌，3％碳化钽，1％碳化铬和1％碳化钒；所述增硬相由以下质量百分比的原料组成：55％碳化锆，30％绿碳化硅，9％氧化钇和6％二氧化锆；所述涂层为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
所述碳化钨的粒度为0.5～1.5μm，碳化钛的粒度为2～3μm；钴的粒度为1.0～1.3μm，羟基镍粉的粒度为1.3～1.7μm；碳酸亚乙烯酯的粒度为0.5～1.5μm；碳化锆的粒度为1.5～1.7μm；绿碳化硅的粒度为1.5～2.1μm。
将各原料通过滚筒式球磨机进行湿磨，湿磨介质为去离子水，研磨球为氧化铝球，氧化铝球的粒度为15～20mm；
b、干燥：在真空干燥箱中将湿磨后的浆料进行干燥，干燥温度为70～80℃，真空度为-0.15～-0.08MPa，干燥8h,
c、烧结：将干燥好的粉料，在真空炉中烧结成型，烧结温度1180～1250℃，真空度为-0.08～-0.01MPa，烧结6h；
d、渗碳处理：将烧结成型的基体置于氢气气氛中，在1020～1140℃进行渗碳处理50min，得到硬质合金基底；
(二)涂层的制备；
a、将CVD涂层反应器预抽真空至80mbar以下，加热至涂层沉积温度1000℃；
b、将氮气、四氯化钛和氢气混合气体预热至700℃导入反应器中，制备氮化钛涂层，所述氮气、四氯化钛和氢气的体积比为1:2:4；
c、将乙腈和四氯化钛反应混合气体预热至800℃导入反应器中，制备碳氮化钛涂层，所述氯化铝，所述四氯化钛与乙腈的体积比为1:10；
d、经氯化铝、一氧化碳、氢气和二氧化碳混合气体预热至300℃导入反应器中，制备氧化铝涂层，所述氯化铝、一氧化碳和二氧化碳的体积比为2:1:3:1；
e、涂层结束后，在氢气氛围下冷却至100℃一下，所述硬质合金基底的涂层结构为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
所述湿磨步骤中原料与湿磨介质的液固比为800ml/kg，球磨的球料比为9:1。
实施例1～3硬质合金刀片的物理性能和力学性能
本发明硬质合金刀片在室温和高温下都具有较高的硬度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料，由硬质合金基底和涂层构成，其特征在于，所述硬质合金基底由以下质量百分比的原料组成：80～85％硬质相、5～10％粘接相、3～5％抑制相、2～5％增硬相；所述硬质相由以下质量百分比的原料组成：65～71％碳化钨，22～28％碳化钛，3～7％硼化钨；所述粘接相由以下质量百分比的原料组成：62～71％钴，15～21％羟基镍粉，10～13％锰，3～5％羟基铁粉和1～2％钨粉；所述抑制相由以下质量百分比的原料组成：80～87％碳酸亚乙烯酯，5～8％二氧化钛，3～6％碳化铌，3～6％碳化钽，1～3％碳化铬和0.5～2％碳化钒；所述增硬相由以下质量百分比的原料组成：51～60％碳化锆，25～42％绿碳化硅，4～9％氧化钇和3～7％二氧化锆；所述涂层为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种制备坡口机专用刀具的硬质合金材料，其特征在于，所述碳化钨的粒度为0.5～1.5μm，碳化钛的粒度为2～3μm；钴的粒度为1.0～1.3μm，羟基镍粉的粒度为1.3～1.7μm；碳酸亚乙烯酯的粒度为0.5～1.5μm；碳化锆的粒度为1.5～1.7μm；绿碳化硅的粒度为1.5～2.1μm。
3.一种坡口机专用刀具的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)硬质合金基底的制备；
a、湿磨：根据权利要求1所述分别称取硬质相、粘接相、抑制相和增硬相材料，将各原料通过滚筒式球磨机进行湿磨，湿磨介质为去离子水，研磨球为氧化铝球，氧化铝球的粒度为15～20mm；
b、干燥：在真空干燥箱中将湿磨后的浆料进行干燥，干燥温度为70～80℃，真空度为-0.15～-0.08MPa，干燥5～10h,
c、烧结：将干燥好的粉料，在真空炉中烧结成型，烧结温度1180～1250℃，真空度为-0.08～-0.01MPa，烧结4～8h；
d、渗碳处理：将烧结成型的基体置于氢气气氛中，在1020～1140℃进行渗碳处理30～50min，得到硬质合金基底；
(二)涂层的制备；
a、将CVD涂层反应器预抽真空至80mbar以下，加热至涂层沉积温度1000℃；
b、将氮气、四氯化钛和氢气混合气体预热至700℃导入反应器中，制备氮化钛涂层，所述氮气、四氯化钛和氢气的体积比为1:2:4；
c、将乙腈和四氯化钛反应混合气体预热至800℃导入反应器中，制备碳氮化钛涂层，所述氯化铝，所述四氯化钛与乙腈的体积比为1:10；
d、经氯化铝、一氧化碳、氢气和二氧化碳混合气体预热至300℃导入反应器中，制备氧化铝涂层，所述氯化铝、一氧化碳和二氧化碳的体积比为2:1:3:1；
e、涂层结束后，在氢气氛围下冷却至100℃一下，所述硬质合金基底的涂层结构为氮化钛-碳氮化钛-氧化铝复合涂层。
4.根据权利要求3所述的一种坡口机专用刀具的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述湿磨步骤中原料与湿磨介质的液固比为700～800ml/kg，球磨的球料比为8～10:1。
5.一种坡口机专用刀具，其特征在于，包括刀具本体、刀片和刀片锁紧螺丝；所述刀具本体设有两个刀片连接端，一个刀片连接端设置在刀具本体一端且与刀具本体呈30～45°夹角，另一个刀片连接端设置在刀具本体的中间位置，且与刀具本体垂直设置，所述刀片连接端与刀具本体焊接或与刀具本体一体成型；所述刀剑本体与刀片通过锁紧螺丝连接；所述刀片采用权利要求1所述硬质合金材料制成。
6.根据权利要求5所述一种坡口机专用刀具，其特征在于，所述刀片为矩形刀片，所述矩形顶角为圆角。
7.根据权利要求6所述一种坡口机专用刀具，其特征在于，所述刀具重量为250g。
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