[发明专利]一种涂层硬质合金基体及其制备方法

说明书

本发明基于膜基界面处物相晶格失配度调控及其调控有效性保障的合金材质及其制备工艺的设计原理，提供了一种与金属氮化物能形成高膜基结合力的涂层硬质合金基体。本发明硬质合金基体材质为WC–Co基合金；通过在合金中同时添加Mo₂C和Ru，分别对WC基硬质相和Co基粘结相晶格常数进行调控，促进金属氮化物薄膜形核，稳定界面物相晶体结构，实现对膜基界面处物相晶格失配度的有效调控；WC–Co基合金中Mo₂C与Co质量比、Ru与Co质量比均为(10～15):100，WC基硬质相晶粒度＜1.5μm，Co基粘结相为密排六方结构。采用湿磨、干燥制粒、压制成形、含CO加压烧结工艺制备。

技术领域

本发明涉及一种涂层硬质合金基体及其制备方法，属于粉末冶金复合材料技术领域。

背景技术

涂层硬质合金由硬质合金基体和涂层两部分组成，涂层硬质合金基体是指用作涂层硬质合金的专用基体，简称硬质合金基体。硬质合金基体与涂层界面处原子之间的结合状态(即共格、半共格和非共格)及其稳定性，对硬质合金基体与涂层之间的膜基结合力及其稳定性具有很大影响。提高膜基结合力及其稳定性是提高涂层硬质合金刀具产品质量和使用寿命的重要手段。由于晶格间距不匹配、非同步形核、合金粘结相晶体结构不稳定、界面微观组织结构不均匀、界面缺陷、内应力等原因，硬质合金基体与涂层界面处原子之间的结合通常是以非共格形式存在。

现有涂层硬质合金基体，主要有WC–Co(YG)和WC–(W,Ti)C–(Ta,Nb)C–Co(YW)等材质。从表征合金成分的角度，YW合金基本成分可用WC–TiC–TaC–NbC–Co表示。YG和YW硬质合金由硬质相和Co基粘结相组成，合金中WC硬质相的晶粒度与WC原料粒度密切相关。通过原料WC粒度的选择，可以实现对合金中WC晶粒度的调控。

金属氮化物是涂层硬质合金中涂层部分最常见的材质。金属氮化物通常为立方晶体结构，因具有高硬度、高耐磨性、优异的高温抗氧化性能、高化学性质稳定性以及良好的耐腐蚀性能，除用作切削刀具的表面改性外，还广泛应用于高温、潮湿、高盐度等各种复杂服役工况条件下工具的表面防护。作为典型的金属氮化物，AlTiN、TiSiN、AlCrN是目前较常用的商业化涂层。上述金属氮化物通常具有与AlN或TiN相同的晶体结构，其它合金元素通常固溶在AlN或TiN晶格中，形成固溶体。对AlTiN，当其中Ti的原子分数高于Al时，则形成TiN的晶体结构；当其中Al的原子分数高于Ti时，则形成AlN的晶体结构。

关于如何提高涂层膜基结合力已有许多报道，如张立等报道了“一种硬质合金及提高其PVD涂层膜基结合力的方法”(发明专利申请号201410376915.2)，提出了一种基于改善金属氮化物涂层的形核条件及其形核均质性，从而增强膜基结合力和增强膜基结合力稳定性的有效方法。

本发明人在继续研究有效提高涂层与基体之间的结合强度，即膜基结合力时，发现目前没有基于硬质合金基体中硬质相和粘结相晶格常数与其表面直接接触的涂层物相之间晶格常数匹配度调控及其调控有效性保障技术原理的报道。同时发明人在实验中发现：在涂层与基体结合界面位置，形成共格或半共格界面，尤其是形成共格界面，可有效提高膜基结合力。同时发明人还发现，在合金中同时添加适量的Mo₂C和Ru，能显著降低硬质合金基体物相与涂层物相之间的晶格失配度。基于上述发现以及一系列的实验，发明人找到了有效提高涂层膜基结合力的另一途径，进而得出了本发明。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种涂层硬质合金基体。

本发明的另一个目的是提供一种涂层硬质合金基体的制备方法，以有效提高涂层硬质合金的膜基结合力及其稳定性，延长涂层硬质合金的使用寿命。