一种涂覆TiAlN涂层的硬质合金制造技术

为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种涂覆TiAlN涂层的硬质合金。采用化学成分为WC64.5、(Ti，Ta，Nb)C25.5、Co10的硬质合金为原料，涂覆TiAlN涂层的硬质合金，经过涂层后的硬质合金具有更高的摩擦系数。未经涂层的硬质合金试样在摩擦过程中，处于混合摩擦阶段的时间较长，而经过涂层后的硬质合金，其摩擦系数较为稳定。所制得的涂覆TiAlN涂层的硬质合金，其硬度、耐磨性都得到大幅提升。本发明专利技术能够为制备高性能的硬质合金提供一种新的生产工艺。

A Cemented Carbide Coated with TiAlN

In order to improve the hardness and wear resistance of cemented carbide, a kind of cemented carbide coated with TiAlN was prepared. Cemented carbides with WC64.5, (Ti, Ta, Nb) C25.5 and Co10 as raw materials were coated with TiAlN coatings. The coated cemented carbides had higher friction coefficient. In the friction process of uncoated cemented carbide specimens, the time of mixed friction is longer, but the friction coefficient of coated cemented carbide is more stable. The hardness and wear resistance of the cemented carbide coated with TiAlN have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high performance cemented carbide.

【技术实现步骤摘要】
一种涂覆TiAlN涂层的硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种涂覆TiAlN涂层的硬质合金。
技术介绍
硬质合金是由一种或多种高硬度、高模量的间隙化合物与过渡族金属或其合金组成的复合材料。硬质合金具有高硬度、高强度、耐腐蚀、耐磨损、高弹性模量、热膨胀系数很低以及化学稳定性很好等特点，在钻具、刀具、耐磨耐腐零部件等方面有广泛应用。WC-Co硬质合金被誉为“工业的牙齿”，如何有针对性的依用途研究或开发高性能材料是该领域的研究热点。硬质合金属于脆性材料，硬度和强度即耐磨性和韧性之间的矛盾一直是困扰其发展的主要因素。实际摩擦磨损工况下硬质合金零件的失效形式主要为表面磨损。采用表面处理技术在不降低硬质合金基体韧性的基础上可以强化硬质合金表面，提高硬质合金表面硬度和耐磨性，从而延长硬质合金零件使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种涂覆TiAlN涂层的硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：涂覆TiAlN涂层的硬质合金的制备原料包括：化学成分为WC64.5、(Ti，Ta，Nb)C25.5、Co10的硬质合金。涂覆TiAlN涂层的硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后进行放入丙酮中进行超声波清晰，并进行抛光处理。将经过抛光的试样采用微凹坑矩形阵列微织构工艺进行TiAlN涂层，涂层厚度约6μm。涂覆TiAlN涂层的硬质合金的检测步骤为：质量采用CPA2250D型电子天平测量，磨痕形貌采用JSM001F型扫描电镜观察，摩擦性能采用UMT2型摩擦试验机。所述的涂覆TiAlN涂层的硬质合金，经过涂层后的硬质合金具有更高的摩擦系数。未经涂层的硬质合金试样在摩擦过程中，处于混合摩擦阶段的时间较长，而经过涂层后的硬质合金，其摩擦系数较为稳定。所述的涂覆TiAlN涂层的硬质合金，摩擦过程中，未经涂层的硬质合金试样所产生的磨损量更大，且磨损量远大于经过涂层后的硬质合金。涂层表面的磨损形式为黏着和犁沟。本专利技术的有益效果是：采用化学成分为WC64.5、(Ti，Ta，Nb)C25.5、Co10的硬质合金为原料，经过配料、超声波清洗、抛光、涂层工艺成功制备了具有优异力学性能的涂覆TiAlN涂层的硬质合金。其中，经过涂层的硬质合金试样具有更高的摩擦系数及更小的摩擦磨损量。所制得的涂覆TiAlN涂层的硬质合金，其硬度、耐磨性都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的硬质合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：涂覆TiAlN涂层的硬质合金的制备原料包括：化学成分为WC64.5、(Ti，Ta，Nb)C25.5、Co10的硬质合金。涂覆TiAlN涂层的硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后进行放入丙酮中进行超声波清晰，并进行抛光处理。将经过抛光的试样采用微凹坑矩形阵列微织构工艺进行TiAlN涂层，涂层厚度约8μm。涂覆TiAlN涂层的硬质合金的检测步骤为：质量采用CPA2250D型电子天平测量，磨痕形貌采用JSM001F型扫描电镜观察，摩擦性能采用UMT2型摩擦试验机。实施案例2：摩擦系数随相对摩擦速度提高大幅度减小，而基体无织构涂层试样表面摩擦系数变化并不明显，在0.06m/s速度下，基体无织构和微织构后涂层试样表面均处于边界润滑，而基体微织构后涂层试样表面凹坑仍具有储油功能并在周围产生了动压润滑效应。直径为60、70和80μm的试样表面摩擦系数低于无织构试样，而直径30μm的织构试样表面摩擦系数与无织构试样表面摩擦系数变化规律基本一致，但织构试样摩擦后期摩擦系数变化平稳。直径50μm织构试样表面摩擦系数大于无织构试样。实施案例3：在摩擦速度0.04m/s时，织构后涂层试样表面摩擦系数变化较为平缓；凹坑深度23.35μm的试样表面摩擦系数最小，且后期变化趋于平稳，这说明该深度较为适宜，而其他深度织构的试样表面摩擦系数并未减小，随基体凹坑深度增加并没有起到减小摩擦系数的作用，反而使试样处于边界摩擦阶段，凹坑深度增加使得涂层表面形成凹坑减少，表面粗糙度增加从而使摩擦系数增加。实施案例4：在摩擦速度0.06m/s下，基体微织构密度在4%～14%内，摩擦系数几乎都在基体无织构试样附近波动，当微织构密度为16%时，摩擦系数在95s左右变得平缓，且摩擦系数比无织构涂层试样表面的小很多。实施案例5：在相对摩擦速度0.04m/s下，基体织构后涂层表面的摩擦系数却比基体无织构后涂层表面的摩擦系数大，但摩擦系数变化比较平稳，在0.04m/s速度下，微织构后涂层试样表面粗糙度变大使得摩擦系数较大，使摩擦副处于边界润滑，而其表面微凹坑的存在具有储油功能，使得摩擦系数变化较为平缓。在硬质合金表面微织构直径对TiAlN涂层摩擦性能影响最大且直径80μm时减摩效果较好，硬质合金表面微织构密度对TiAlN涂层摩擦系数稳定性影响较好。深径比对摩擦系数的影响很大，在0.06m/s下，深径比大于1时，微织构涂层试样的摩擦系数较无织构涂层试样的大。微织构直径和密度对TiAlN涂层表面摩擦系数影响较大，可通过减小深径比和在一定范围内增加织构密度来提高涂层刀具减摩耐磨性能。实施案例6：在同种速度下，一般织构后涂层试样的磨损量比无织构后涂层试样的磨损量少。而高速下容易发生黏着。速度0.06m/s下试样的磨损量是0.04m/s下试样磨损量的两倍，试样在0.04m/s速度下磨损性能比0.06m/s速度下的好。在同种速度下，织构后涂层，涂层表面自然形成的微织构的存在减少磨损量的原因可能为微织构减小了摩擦副的接触面积；微织构产生了动压提高了承载能力；部分基体微织构工艺提高了涂层表面硬度。实施案例7：对磨件在涂层表面产生较多的犁沟，且表面出现涂层黏着和接触疲劳磨损。高速下的犁沟数量少于低速下的。涂层表面产生的犁沟数明显少于基体无织构涂层表面的犁沟数。在0.06m/s速度下涂层表面的磨痕宽于在0.04m/s速度下的磨痕，且磨痕上有明显的黏着和涂层剥落现象。0.04m/s速度下的涂层表面有多条明显的犁沟，在该速度下，摩擦副处于边界摩擦状态。在0.06m/s速度下的犁沟数少于0.04m/s速度下的，有部分微凹坑被填满，但比0.04m/s速度下的犁沟宽，且在0.06m/s速度下，微凹坑能更好的起到存储磨屑的作用。实施案例8：0.04m/s速度下涂层表面的犁沟数量多于0.06m/s速度下的，但宽度小，在0.06m/s速度下，微凹坑能更好的起到存储磨屑的作用。基体微织构后涂层试样的磨损机制主要表现为黏着现象和犁沟现象，且高速下的犁沟数量少数低速下的犁沟数量，而犁沟的通常伴随着黏着现象。基体微织构后的涂层表面与无织构的相比，磨损现象明显的减少，微织构的存在减小了摩擦副的接触面积。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂覆TiAlN涂层的硬质合金的制备原料包括：化学成分为WC64.5、(Ti，Ta，Nb)C25.5、Co10的硬质合金。

【技术特征摘要】
1.一种涂覆TiAlN涂层的硬质合金的制备原料包括：化学成分为WC64.5、(Ti，Ta，Nb)C25.5、Co10的硬质合金。2.根据权利要求1所述的涂覆TiAlN涂层的硬质合金，其特征是涂覆TiAlN涂层的硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后进行放入丙酮中进行超声波清晰，并进行抛光处理，将经过抛光的试样采用微凹坑矩形阵列微织构工艺进行TiAlN涂层，涂层厚度约6μm。3.根据权利要求1所述的涂覆TiAlN涂层的硬质合金，其特征是涂覆TiAlN涂层的硬质合金的检测步骤为：质量采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋珊珊，
申请(专利权)人：宋珊珊，
类型：发明
国别省市：辽宁,21