【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属陶瓷刀具的，具体而言，涉及高硬度涂层金属陶瓷刀具及其制备方法。
技术介绍
1、切削加工是使用刀具切除被加工零件多余材料的方法，经切削加工后的零件方可以获得所需的尺寸、形状精度和表面质量。切削加工作为机械制造业中最基本和最重要的加工方法，占整个机械制造加工过程的80％以上。轴承作为机械制造业常用的重要零部件，其加工制造也离不开刀具的切削加工，刀具的性能直接决定了轴承的加工效率和表面质量，并间接影响到轴承的使用效果。目前常用的轴承刀具是碳氮化钛基金属陶瓷，与传统wc-co硬质合金相比，碳氮化钛基金属陶瓷具有红硬性高、摩擦系数低、耐磨性好等优势，可以在轴承的切削过程有效地避免粘刀、划痕和切削结瘤等加工缺陷，使得轴承具有良好的表面光洁度和加工质量，并且碳氮化钛基金属陶瓷的加工寿命也远优于wc-co硬质合金。
2、随着机械制造业对轴承稳定、高质量加工的需求不断提高，进一步提高金属陶瓷刀具的性能(尤其是硬度)变得极为迫切。为了显著提高金属陶瓷刀具的性能，一种方式是调整金属陶瓷的材料体系。普通碳氮化钛基金属陶瓷是以碳氮化钛为硬质相，添加碳化物来改善性能，以co、ni为粘结相的多相复合材料，其材料体系和性能已经较为固定。另一种方式是在金属陶瓷轴承刀具表面涂覆硬质涂层。目前，常用的硬质涂层是tialn涂层，但是tialn涂层针对wc-co硬质合金而设计，缺乏与金属陶瓷的适配性，其与金属陶瓷的结合力较差，且普通的tialn涂层耐磨性能仍有待进一步提高。
技术实现思路
1、
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的第一个方面，提供了高硬度涂层金属陶瓷刀具，技术方案如下：
3、高硬度涂层金属陶瓷刀具，包括金属陶瓷刀体和涂层，所述金属陶瓷刀体由原料粉通过粉末冶金制备得到，所述涂层由合金镀化得到，所述原料粉包括碳化物粉和至少两种过渡金属的碳氮化物粉，所述原料粉和合金具有至少三种相同的金属元素。
4、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的进一步改进：所述原料粉和合金具有至少五种相同的金属元素。
5、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的进一步改进：所述碳化物为碳化钨和/或碳化钼；所述碳氮化物选自碳氮化钛、碳氮化钽、碳氮化铌、碳氮化铪、碳氮化钒、碳氮化锆中的至少四种。
6、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的进一步改进：所述原料粉还包括粘结金属粉，所述粘结金属为钴、镍、铁中的任意几种。
7、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的进一步改进：所述原料粉包括按质量分数计的60～80％碳氮化物粉、5～30％碳化物粉和余量的粘结金属粉。
8、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的进一步改进：所述碳化物粉的粒度为0.3～2μm；所述碳氮化物粉的粒度为0.5～5μm；所述粘结金属粉的粒度为0.6～3μm。
9、为了实现上述目的，根据本专利技术的第二个方面，提供了高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法，技术方案如下：
10、高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法，包括以下步骤：
11、将原料粉球磨混合，得到混合料；
12、将混合料压制成型，得到压坯；
13、对压坯进行烧结处理，得到金属陶瓷刀体；
14、通过电弧离子镀将合金镀化到金属陶瓷刀体表面，即得到高硬度涂层金属陶瓷刀具。
15、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法的进一步改进：球磨混合具体为：首先将原料粉和硬质合金磨球球磨48～96h，硬质合金磨球与原料粉的质量比为(5～20):1；然后加入石蜡和橡胶，继续球磨6～12h，原料粉、石蜡和橡胶的质量比为100:(2～4)：(1～3)；干燥后即得到混合料。
16、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法的进一步改进：烧结处理具体为：首先在下200～400℃保温1～3h；然后升温至800～1500℃，通入3～8mpa的氩气，保温2～5h；随炉冷却即得到高强度钨合金材料。
17、作为上述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法的进一步改进：所述电弧离子镀在混合气氛为体积比例为(3～8):(7～2)的乙炔和氮气、温度为400～500℃下进行。
18、首先，本专利技术的高硬度涂层金属陶瓷刀具的金属陶瓷刀体一方面通过多种碳氮化物在高温烧结过程中互扩散和液相烧结形成高致密度的金属陶瓷刀体，另一方面，通过多种碳氮化物带来的晶格畸变，显著提高金属陶瓷刀体的硬度；并且，通过添加多种碳氮化物，可以减少碳化物添加造成的氮不易控制现象，并可以促进多组元碳氮化物陶瓷相的扩散和形成。
19、其次，本专利技术的高硬度涂层金属陶瓷刀具的金属陶瓷刀体和涂层具有多种相同的金属元素，有效提升金属陶瓷刀体和涂层的元素亲和性，从而提升金属陶瓷刀体和涂层的结合力，延长刀具的耐磨性和使用寿命；并且，合金在金属陶瓷刀体表面镀化形成多组元碳氮化物，一方面，碳氮化物涂层的硬度和耐磨性能均高于氮化物(如tialn涂层)，另一方面，金属陶瓷刀体和涂层接触界面上的碳氮化物多组元化引起元素混杂和晶格畸变，可以显著提高涂层的硬度和耐磨性。
20、本专利技术的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法通过电弧离子镀将合金镀化到金属陶瓷刀体表面，能够提升多种金属元素和非金属元素的混杂和晶格畸变，从而进一步提升涂层的硬度和耐磨性。
21、由此可见，本专利技术的高硬度涂层金属陶瓷刀具的配方简单，原料易获取且原料成本低，制备方法的工艺简单可控，生产成本低，所得刀具的硬度高，涂层结合力强，耐磨性好，有效解决了现有技术中金属陶瓷轴承刀具的使用寿命短的技术问题，具有极强的实用性，非常适合但是不限于作为轴承刀具使用。
22、下面通过实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.高硬度涂层金属陶瓷刀具，包括金属陶瓷刀体和涂层，所述金属陶瓷刀体由原料粉通过粉末冶金制备得到，所述涂层由合金镀化得到，其特征在于：所述原料粉包括碳化物粉和至少两种过渡金属的碳氮化物粉，所述原料粉和合金具有至少三种相同的金属元素。
2.如权利要求1所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述原料粉和合金具有至少五种相同的金属元素。
3.如权利要求2所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述碳化物为碳化钨和/或碳化钼；所述碳氮化物选自碳氮化钛、碳氮化钽、碳氮化铌、碳氮化铪、碳氮化钒、碳氮化锆中的至少四种。
4.如权利要求1所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述原料粉还包括粘结金属粉，所述粘结金属为钴、镍、铁中的任意几种。
5.如权利要求4所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述原料粉包括按质量分数计的60～80％碳氮化物粉、5～30％碳化物粉和余量的粘结金属粉。
6.如权利要求4所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述碳化物粉的粒度为0.3～2μm；所述碳氮化物粉的粒度为0.5～5μm；所述粘结
7.权利要求1-6之一所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法，其特征在于：球磨混合具体为：首先将原料粉和硬质合金磨球球磨48～96h，硬质合金磨球与原料粉的质量比为(5～20):1；然后加入石蜡和橡胶，继续球磨6～12h，原料粉、石蜡和橡胶的质量比为100:(2～4):(1～3)；干燥后即得到混合料。
9.如权利要求7所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法，其特征在于：烧结处理具体为：首先在下200～400℃保温1～3h；然后升温至800～1500℃，通入3～8MPa的氩气，保温2～5h；随炉冷却即得到高强度钨合金材料。
10.如权利要求7所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具的制备方法，其特征在于：所述电弧离子镀在混合气氛为体积比例为(3～8):(7～2)的乙炔和氮气、温度为400～500℃下进行。
...【技术特征摘要】
1.高硬度涂层金属陶瓷刀具，包括金属陶瓷刀体和涂层，所述金属陶瓷刀体由原料粉通过粉末冶金制备得到，所述涂层由合金镀化得到，其特征在于：所述原料粉包括碳化物粉和至少两种过渡金属的碳氮化物粉，所述原料粉和合金具有至少三种相同的金属元素。
2.如权利要求1所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述原料粉和合金具有至少五种相同的金属元素。
3.如权利要求2所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述碳化物为碳化钨和/或碳化钼；所述碳氮化物选自碳氮化钛、碳氮化钽、碳氮化铌、碳氮化铪、碳氮化钒、碳氮化锆中的至少四种。
4.如权利要求1所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述原料粉还包括粘结金属粉，所述粘结金属为钴、镍、铁中的任意几种。
5.如权利要求4所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述原料粉包括按质量分数计的60～80％碳氮化物粉、5～30％碳化物粉和余量的粘结金属粉。
6.如权利要求4所述的高硬度涂层金属陶瓷刀具，其特征在于：所述碳化物粉的粒度...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，鲁攀，
申请(专利权)人：成都美奢锐新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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