CN113649575A - 一种硬质合金刀片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬质合金刀片及其制备方法，包括硬质合金基体和涂覆在硬质合金基体上的涂层，所述硬质合金基体按组分包括：8‑10份Co、3‑6份TNC8、3‑5份TiCN、0.8‑1份C、8‑10份TaC、4‑6份Cr3C2和4‑6份WC，所述涂层包括：TiN、份Al2O3、TiAlN2，S1、称量：利用称量装置分别称取Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC；本发明涉及硬质合金技术领域。该硬质合金刀片及其制备方法，通过TaC的加入，进而提高合金的韧性，使得加工出来的刀片韧性更高，不易折断，通过Cr3C2的加入，使得刀片整体的耐磨性能显著提高，整个制备方法制备出来的刀片耐磨性和硬度较现有刀片有显著提升，且通过TiN、Al2O3、TiAlN2的设置，能对刀片表面形成稳定保护，使得刀片不易被腐蚀。

Description

一种硬质合金刀片及其制备方法
技术领域
本发明涉及硬质合金技术领域，具体为一种硬质合金刀片及其制备方法。
背景技术
涂层刀具刀片广泛应用于汽车、航空、微电子等各种行业的机械加工，加工材料包括普通的钢铁、铜、铝等金属材料，以及各种合金、陶瓷或复合材料。在机械加工过程中，涂层刀具存在两种失效制度：磨损、破损。刀具磨损主要是磨蚀磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损。在不同的切削条件下，加工不同材料的工件时，其主要磨损原因可能是其中一种或两种，总的来说切削温度较低时以磨蚀磨损为主，切削温度较高时以扩散磨损、氧化磨损为主。
现在普遍采用在刀具表面涂敷高硬度、耐磨的碳化物层、氮化物层、碳氮化物层和氧化物涂层，来增强刀具的耐磨性能，但耐磨性能和硬度依然有待提高，且不能有效对刀具表面形成保护，因此，本发明提出一种硬质合金刀片及其制备方法，以解决上述提到的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种硬质合金刀片及其制备方法，解决了耐磨性能和硬度依然有待提高，且不能有效对刀具表面形成保护的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种硬质合金刀片，包括硬质合金基体和涂覆在硬质合金基体上的涂层，所述硬质合金基体按组分包括：8-10份Co、3-6份TNC8、3-5份TiCN、0.8-1份C、8-10份TaC、4-6份Cr3C2和4-6份WC，所述涂层包括：TiN、份Al2O3、TiAlN2。
优选的，所述硬质合金基体按组分包括：8份Co、3份TNC8、3份TiCN、0.8份C、8份TaC、4份Cr3C2和4份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2。
优选的，所述硬质合金基体按组分包括：9份Co、4.5份TNC8、4份TiCN、0.9份C、9份TaC、5份Cr3C2和5份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2。
优选的，所述硬质合金基体按组分包括：10份Co、6份TNC8、5份TiCN、1份C、10份TaC、6份Cr3C2和6份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2。
本发明还公开了一种硬质合金刀片的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、称量：利用称量装置分别称取Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC；
S2、混料、球磨：将步骤S1中准备好的Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC与成型剂混合，利用搅拌装置将上述混合物混合均匀，然后将混合后的混合物体置于球磨机中进行球磨，高能球磨时间为8-10小时；
S3、压制成型：将步骤S2制备的混合物进行高温制粒并进行压制；
S4、真空烧结：将步骤S3中的压制后的混合物进行正压脱脂，然后进行真空烧结、再进行分压烧结、进一步进行终温烧结最后等待自然冷却即可制得硬质合金基体；
S5、CVD处理：通过CVD工艺在硬质合金基体上生成TiN层，再在该TiN层上沉积生成TiCN层，然后进行喷砂处理；
S6、沉积镀膜：然后采用磁控溅射或者多弧离子镀方式沉积生成的2-4微米厚的TiAlN2层；
S7、电动镀膜：采用电镀仪器在步骤S6基础上电镀形成Al2O3层；
S8、包装运输：将制备好的硬质合金刀片进行运输和包装。
优选的，所述步骤S2中的搅拌装置持续进行搅拌的时间为5-7min，搅拌装置的转速控制在60-70r/min。
优选的，所述步骤S2中的球磨机采用倾斜式球磨机。
优选的，所述步骤S4中的真空烧结的温度为1500-1600摄氏度，正压脱脂的时间为1-3小时，真空烧结时间为2-4小时，分压烧结时间为2-4小时、终温烧结时间为1-2小时。
有益效果
本发明提供了一种硬质合金刀片及其制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
该硬质合金刀片及其制备方法，通过在所述硬质合金基体按组分包括：8-10份Co、3-6份TNC8、3-5份TiCN、0.8-1份C、8-10份TaC、4-6份Cr3C2和4-6份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2，S1、称量：利用称量装置分别称取Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC；S2、混料、球磨：将步骤S1中准备好的Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC与成型剂混合，利用搅拌装置将上述混合物混合均匀，然后将混合后的混合物体置于球磨机中进行球磨，高能球磨时间为8-10小时；S3、压制成型：将步骤S2制备的混合物进行高温制粒并进行压制；S4、真空烧结：将步骤S3中的压制后的混合物进行正压脱脂，然后进行真空烧结、再进行分压烧结、进一步进行终温烧结最后等待自然冷却即可制得硬质合金基体；S5、CVD处理：通过CVD工艺在硬质合金基体上生成TiN层，再在该TiN层上沉积生成TiCN层，然后进行喷砂处理；S6、沉积镀膜：然后采用磁控溅射或者多弧离子镀方式沉积生成的2-4微米厚的TiAlN2层；S7、电动镀膜：采用电镀仪器在步骤S6基础上电镀形成Al2O3层；S8、包装运输：将制备好的硬质合金刀片进行运输和包装，通过TaC的加入，进而提高合金的韧性，使得加工出来的刀片韧性更高，不易折断，通过Cr3C2的加入，使得刀片整体的耐磨性能显著提高，整个制备方法制备出来的刀片耐磨性和硬度较现有刀片有显著提升，且通过TiN、Al2O3、TiAlN2的设置，能对刀片表面形成稳定保护，刀片不易被腐蚀。
附图说明
图1为本发明硬质合金刀片的制备工艺流程图；
图2为本发明市场硬质合金刀片与实施例对比表图；
图3为本发明实施例1-3对比表图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例提供三种技术方案：一种硬质合金刀片及其制备方法，具体包括以下实施例：
实施例1
S1、称量：8份Co、3份TNC8、3份TiCN、0.8份C、8份TaC、4份Cr3C2和4份WC；
S2、混料、球磨：将步骤S1中准备好的Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC与成型剂混合，利用搅拌装置将上述混合物混合均匀，然后将混合后的混合物体置于球磨机中进行球磨，高能球磨时间为8小时；
S3、压制成型：将步骤S2制备的混合物进行高温制粒并进行压制；
S4、真空烧结：将步骤S3中的压制后的混合物进行正压脱脂，然后进行真空烧结、再进行分压烧结、进一步进行终温烧结最后等待自然冷却即可制得硬质合金基体；
S5、CVD处理：通过CVD工艺在硬质合金基体上生成TiN层，再在该TiN层上沉积生成TiCN层，然后进行喷砂处理；
S6、沉积镀膜：然后采用磁控溅射或者多弧离子镀方式沉积生成的2微米厚的TiAlN2层；
S7、电动镀膜：采用电镀仪器在步骤S6基础上电镀形成Al2O3层；
S8、包装运输：将制备好的硬质合金刀片进行运输和包装。
本发明实施例中，所述步骤S2中的搅拌装置持续进行搅拌的时间为5min，搅拌装置的转速控制在60r/min
本发明实施例中，所述步骤S2中的球磨机采用倾斜式球磨机。
本发明实施例中，所述步骤S4中的真空烧结的温度为1500摄氏度，正压脱脂的时间为1小时，真空烧结时间为2小时，分压烧结时间为2小时、终温烧结时间为1小时。
实施例2
S1、称量：9份Co、4.5份TNC8、4份TiCN、0.9份C、9份TaC、5份Cr3C2和5份WC；
S2、混料、球磨：将步骤S1中准备好的Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC与成型剂混合，利用搅拌装置将上述混合物混合均匀，然后将混合后的混合物体置于球磨机中进行球磨，高能球磨时间为9小时；
S3、压制成型：将步骤S2制备的混合物进行高温制粒并进行压制；
S4、真空烧结：将步骤S3中的压制后的混合物进行正压脱脂，然后进行真空烧结、再进行分压烧结、进一步进行终温烧结最后等待自然冷却即可制得硬质合金基体；
S5、CVD处理：通过CVD工艺在硬质合金基体上生成TiN层，再在该TiN层上沉积生成TiCN层，然后进行喷砂处理；
S6、沉积镀膜：然后采用磁控溅射或者多弧离子镀方式沉积生成的3微米厚的TiAlN2层；
S7、电动镀膜：采用电镀仪器在步骤S6基础上电镀形成Al2O3层；
S8、包装运输：将制备好的硬质合金刀片进行运输和包装。
本发明实施例中，所述步骤S2中的搅拌装置持续进行搅拌的时间为6min，搅拌装置的转速控制在65r/min。
本发明实施例中，所述步骤S2中的球磨机采用倾斜式球磨机。
本发明实施例中，所述步骤S4中的真空烧结的温度为1550摄氏度，正压脱脂的时间为2小时，真空烧结时间为3小时，分压烧结时间为3小时、终温烧结时间为1.5小时。
实施例3
S1、称量：10份Co、6份TNC8、5份TiCN、1份C、10份TaC、6份Cr3C2和6份WC；
S2、混料、球磨：将步骤S1中准备好的Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC与成型剂混合，利用搅拌装置将上述混合物混合均匀，然后将混合后的混合物体置于球磨机中进行球磨，高能球磨时间为10小时；
S3、压制成型：将步骤S2制备的混合物进行高温制粒并进行压制；
S4、真空烧结：将步骤S3中的压制后的混合物进行正压脱脂，然后进行真空烧结、再进行分压烧结、进一步进行终温烧结最后等待自然冷却即可制得硬质合金基体；
S5、CVD处理：通过CVD工艺在硬质合金基体上生成TiN层，再在该TiN层上沉积生成TiCN层，然后进行喷砂处理；
S6、沉积镀膜：然后采用磁控溅射或者多弧离子镀方式沉积生成的4微米厚的TiAlN2层；
S7、电动镀膜：采用电镀仪器在步骤S6基础上电镀形成Al2O3层；
S8、包装运输：将制备好的硬质合金刀片进行运输和包装。
本发明实施例中，所述步骤S2中的搅拌装置持续进行搅拌的时间为7min，搅拌装置的转速控制在70r/min
本发明实施例中，所述步骤S2中的球磨机采用倾斜式球磨机。
本发明实施例中，所述步骤S4中的真空烧结的温度为1600摄氏度，正压脱脂的时间为3小时，真空烧结时间为4小时，分压烧结时间为4小时、终温烧结时间为2小时。
对比实验
某硬质合金刀片生产厂家，分别选取实施例1-3中制备工艺的硬质合金刀片和市场硬质合金刀片进行硬度和耐磨性对比实验，由图2可知，实施例1-3中制备工艺的硬质合金刀片硬度为0.94，耐磨系数0.85，市场硬质合金刀片硬度为0.80，耐磨系数0.6，由此可见，本发明制备的硬质合金刀片硬度和耐磨系数远优于市场硬质合金刀片硬度和耐磨系数，由图3可知，实施例2制备的硬质合金刀片硬度和耐磨系数最高，为优选方案；其余两种皆可。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种硬质合金刀片，包括硬质合金基体和涂覆在硬质合金基体上的涂层，其特征在于：所述硬质合金基体按组分包括：8-10份Co、3-6份TNC8、3-5份TiCN、0.8-1份C、8-10份TaC、4-6份Cr3C2和4-6份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片，其特征在于：所述硬质合金基体按组分包括：8份Co、3份TNC8、3份TiCN、0.8份C、8份TaC、4份Cr3C2和4份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片，其特征在于：所述硬质合金基体按组分包括：9份Co、4.5份TNC8、4份TiCN、0.9份C、9份TaC、5份Cr3C2和5份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2。
4.根据权利要求1所述的一种硬质合金刀片，其特征在于：所述硬质合金基体按组分包括：10份Co、6份TNC8、5份TiCN、1份C、10份TaC、6份Cr3C2和6份WC，所述涂层包括：TiN、Al2O3、TiAlN2。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种硬质合金刀片的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、称量：利用称量装置分别称取Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC；
S2、混料、球磨：将步骤S1中准备好的Co、TNC8、TiCN、C、TaC、Cr3C2和WC与成型剂混合，利用搅拌装置将上述混合物混合均匀，然后将混合后的混合物体置于球磨机中进行球磨，高能球磨时间为8-10小时；
S3、压制成型：将步骤S2制备的混合物进行高温制粒并进行压制；
S4、真空烧结：将步骤S3中的压制后的混合物进行正压脱脂，然后进行真空烧结、再进行分压烧结、进一步进行终温烧结最后等待自然冷却即可制得硬质合金基体；
S5、CVD处理：通过CVD工艺在硬质合金基体上生成TiN层，再在该TiN层上沉积生成TiCN层，然后进行喷砂处理；
S6、沉积镀膜：然后采用磁控溅射或者多弧离子镀方式沉积生成的2-4微米厚的TiAlN2层；
S7、电动镀膜：采用电镀仪器在步骤S6基础上电镀形成Al2O3层；
S8、包装运输：将制备好的硬质合金刀片进行运输和包装。
6.根据权利要求5所述的一种硬质合金刀片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的搅拌装置持续进行搅拌的时间为5-7min，搅拌装置的转速控制在60-70r/min。
7.根据权利要求5所述的一种硬质合金刀片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的球磨机采用倾斜式球磨机。
8.根据权利要求5所述的一种硬质合金刀片的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的真空烧结的温度为1500-1600摄氏度，正压脱脂的时间为1-3小时，真空烧结时间为2-4小时，分压烧结时间为2-4小时、终温烧结时间为1-2小时。
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