[发明专利]用于钢材切削的Fe/Ni基硬质合金涂层刀具材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明为用于钢材切削加工的涂层硬质合金刀片及其制备方法，特别涉及以Fe/Ni粘结的硬质合金为基体涂层刀片及其制备方法。

背景技术

以WC、TiC、TaC为主要硬质相，以Co为粘结相的硬质合金自1923年发明以来一直是切削加工的最主要材料。但硬质合金中的粘结相Co是一种稀缺的战略资源，世界Co储量为450万吨，且分布主要集中在政局动荡的扎伊尔和赞比亚(两国的Co产量占世界的63％)以及俄罗斯。我国Co资源缺乏，目前已探明Co储量56.30万吨。我国是目前世界最大的硬质合金生产与消费国，占世界的1/3，年消耗Co约1350t。因此每年需要花大量外汇进口Co，但Co的供货与需求情况复杂，很不稳定(中非政局动荡，供货困难；俄罗斯经济不稳定，出口前景不明朗)，致使Co的价格波动幅度较大。而且据报道，肺癌与吸入含Co的粉末有关。因此硬质合金行业希望降低Co的用量和寻找Co的代替品。

Fe和Ni在化学元素周期表中与Co同属铁族金属。密度，熔点，原子半径相近，物理、化学性能相近，都能很好的润湿WC硬质相，而且Fe与Ni的储量比Co丰富得多，因此Fe、Ni是理想的Co的替代物。较多的研究报道了Fe/Ni代Co硬质合金的研究。陈红卫对WC-Fe/Ni系或WC-Fe/Co/Ni系材料的研究表明，最佳力学性能均出现在Ni当量＝25wt％的成份，WC-Fe/Co/Ni系硬质合金用于辊环材料在工艺技术上是可行的，在高线轧制领域具有推广应用价值。雍志华等人用Fe、Ni部分取代WC-8Co硬质合金中的粘结剂Co，再添加微量稀土Y₂O₃制得WC-8(Fe/Ni/Co)R硬质合金，测试了其物理机械性能，并研究了粘结刘各种成份比例及烧结温度对硬质合金的影响。结果表明：WC-8(Fe/Ni/Co)R硬质合金的性可以达到YG8的性能标准。中南工业大学粉末冶金厂的孙宝琦等人开发的Fe、Ni部分代Co的T系列凿岩硬质合金物理机械性能优异，强度硬度好，与传统的YJ系列合金接近，具有明显的经济效益与社会效益。专利01127466.2公开了一种无钴硬质合金制造工艺，属于硬质合金块制造工艺技术领域。目前使用的硬质合金含钴使成本提高。该发明的技术方案为：取碳化钨85～94％、铁5～10％、镍0.5～5％经球磨机球磨后过筛，然后蒸干再过筛，把制成的粉末中加入丁钠橡胶汽油溶液，再烘干过筛，将过筛后的混合料模压成形制成硬质合金毛坯在烧结炉内排胶并于高温下烧结，当合金块冷却后油淬，然后在箱式炉中回火制成无钴硬质合金。它的优点是：制造工艺简单，制成的无钴硬质合金成本低，且性能与含钴合金相当。

尽管近年来对Fe，Ni代Co硬质合金作了较多的研究，但目前Fe/Ni代Co硬质合金主要在耐磨零件，矿山工具等领域或其他要求不高的场合得到了有限的应用。而Fe/Ni代Co硬质合金在硬度与耐磨性上与传统硬质合金的差距，使得它在使用量大的典型硬质合金产品(如切削刀具)上的应用受到了限制。本专利的发明了一种以Fe/Ni粘结的硬质合金为基体的涂层刀具材料，用于碳素结构钢与合金钢的粗车加工，使用寿命与P30合金相当。

发明内容

本发明针对目前Fe/Ni代Co硬质合金在切削刀具领域应用极少的现状，提供了一种以Fe/Ni粘结的硬质合金为基体的涂层刀具材料，并提供了该刀具材料的制备方法。

本发明所述的用于钢材切削的刀片，包括硬质合金基体和涂层。其特征在于基体硬质合金以Fe和Ni为粘结相，以WC，TiC为硬质相。

本发明所述的刀片，其特征在于基体硬质合金组成成分为：粘结相占6-10wt％(其中Fe∶Ni＝3∶1)；TiC：6-15wt％，其余为WC。

本发明所述的刀片的基体硬质合金成分，其特征在于：Fe为2.0-2.5μm羰基铁粉；Ni为1.5-2.5μm羰基镍粉；TiC采用2.0-2.5μm；WC∶TiC＝50∶50的(Ti，W)C固溶体引入；

本发明所述的刀片，其特征在于涂层由4层构成，从与基体相邻到最外层依次为：TiN(0.5～1μm)+Ti(C，N)(5～8μm)+Al203(3～5μm)+TiN(1～2μm)。

本发明所述的刀片的制备方法，依次包括以下几个步骤：

(1)将最终能满足权利要求2所述的基体组成成分重量百分含量的各种碳化物、和金属粉末混合，湿磨；

(2)湿磨后的物料经过沉淀、干燥、掺入成型剂制得混合料，压制成型；

(3)压制生坯经过烧结和涂层处理制成切削刀片；

本发明所述的刀片的制备方法，其特征在于：