[发明专利]一种硬质合金刀具涂层材料及其制备方法

说明书

本发明的硬质合金刀具涂层材料，通过对碳化钛、氮化钛、氮化硼、三氧化二铝、铁粉的科学配比，利用高压喷涂工艺将涂层材料涂覆在硬质合金刀具上，有效保护硬质合金刀具；涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层耐磨性，全面提高了刀具的性能。本发明所使用方法能够在低温下涂层，减少硬质合金二次结晶的几率，从而保证硬质合金材料的综合力学性能。本方法能耗低，工艺简单，设备成本低廉，能够降低硬质合金产业特别是刀具的生产成本，促进产业发展。

技术领域

本发明涉及一种涂层材料，更具体地，涉及一种硬质合金刀具涂层材料及其制备方法。

背景技术

涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而制备的。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了基体的磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具寿命提高3～5倍以上，提高切削速度20％～70％，提高加工精度0.5～1级，降低刀具消耗费用20％～50％。

涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。在改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层耐磨性方面有了重大进展。又突破了在硬质合金基体上涂覆金刚石薄膜技术，全面提高了刀具的性能。

工业上，通常采用电镀方式在基体表面镀上一层其他金属或合金，来达到或改善对基体金属外观和机械性能。但传统的电镀工艺十分复杂，并且会产生有害物质，其工艺成本高且不安全环保。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种硬质合金刀具涂层材料及其制备方法，通过对碳化钛、氮化钛、氮化硼、三氧化二铝、铁粉的科学配比，利用高压喷涂工艺将涂层材料涂覆在硬质合金刀具上，有效保护硬质合金刀具；涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层耐磨性，全面提高了刀具的性能。

发明的目的通过以下技术方案予以实现：

公开的硬质合金刀具涂层材料，按重量份数计，通过以下原料制备得到：碳化钛40～68份、氮化钛5～15份、氮化硼25～30份、三氧化二铝4～8份、铁粉3～5份。

进一步地，所述碳化钛的粒径为300～400nm，氮化钛的粒径为50～90nm，氮化硼的粒径为1～100nm，三氧化二铝的粒径为30～45μm，铁粉的粒径为50～70nm。

碳化钛的作用主要提高其与硬质合金的结合强度以及保持相同的热膨胀系数，减少因温度变化而出现涂层裂纹。

主要是提高材料硬度和耐磨性能，氮化钛熔点高、硬度大、化学稳定性好、与金属的润湿小的结构材料、并具有较高的导电性和超导性，氮化硼主要起到抑制晶粒长大的作用，同时提高涂层的硬度，三氧化二铝的加入，主要是为了提高材料的韧性和耐磨性，细化晶粒。

本发明公开上述硬质合金刀具涂层材料的制备方法，包括以下制备步骤：

S1.将上述硬质合金原料加入球磨机，并注入球磨介质后混合1-3h，然后进行真空干燥；其中球磨比为4～6：1；

S2.将硬质合金刀具清洗钝化，然后在氩气环境下加温到400～600℃，以硬质合金刀具、以及与硬质合金刀具对应的金属探头分别作为两个电极，两者之间的距离为0.01～5mm，两极通高压直流电，使得两者之间产生高压电弧，然后通过喷嘴将混合好的涂层喷在硬质刀具表面，利用高压电弧的作用，使涂层与硬质刀具结合紧密。

进一步地，所述球磨介质为无水乙醇或丙酮。

进一步地，所述球磨机的转数为800～1200r/min。