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| 涂层硬质合金材料的性能特点 | ||||||||
| 山东工业大学 陈元春 李久立 艾兴 刘素萍 | ||||||||
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陶瓷涂层刀具作为刀具材料的一个重要的发展方向，应用日益广泛。它在拥有与硬质合金材料相近的强韧性的同时，耐磨性是未涂层刀具的几倍至十几倍，并且使加工效率显著提高。目前刀具涂层的方法仍以化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)为主流，这两种方法比较突出的问题是只在刀具表面涂覆，而且涂层与基体间的界面结合强度低，涂层容易剥落，这样就使涂层不能做得太厚，一旦涂层被磨掉，刀具就会迅速磨损。这种情况使进一步提高涂层刀具寿命变得十分困难。
另外，涂层刀具基本上不具备重磨性，这就限制了涂层刀具在粗加工和大型加工设备上的应用。
针对这一问题，在本研究中提出了在硬质合金粉末表面涂层制备刀具的新方法，由于溶胶中胶粒尺寸很小(nm级)，具有很大的比表面积和强烈的吸附趋势，有可能形成结构致密、与基体结合牢固的陶瓷涂层。这种方法变传统的宏观涂层为微观涂层，突破了原有的刀具涂层的局限，是对探索制作涂层刀具新方法的有益尝试。
制作实验过程
1) 溶胶的制作
选取异丙醇铝［Al(C3H7O)3］(北京化学试剂总厂，分析纯)为前驱物，以去离子水(自制)作为溶剂，用硝酸［HNO3］(山东省化工研究院)作为胶溶剂，将上述原料按一定比例混合均匀，水浴恒温85℃，并施以强力搅拌，48h 后即获得均一稳定的勃姆石溶胶。
2) 基体粉末的处理和涂层
基体材料可以是YT、YG、YW类硬质合金粉末，基体粉末球磨后在丙酮中进行超声波清洗，然后在稀酸中浸泡处理；再经过去离子水清洗，加入到乙醇和水的混合溶液中，并施以强力搅拌和超声波振荡，令其分散均匀。
在此时，加入勃姆石溶胶，经过抽滤、干燥，得到有陶瓷涂层的粉末，然后经预烧结，使涂层充分转化为Al2O3陶瓷。这就是对基体粉末实施陶瓷涂层的过程。
3) 烧结压制刀片
在涂层粉末中再加入微量粘结金属，热压烧结，烧结温度范围1450～1850℃，保温10～30 min，压力15～40MPa。
4) 切削对比实验条件
切削实验机床为C620-1普通车床改装的无级变速车床。工件材料为T10A工具钢(硬度HRC55～61)。选用4种刀具进行对比：一种是粉末涂层材料压制的FTC1、FTC2；一种是陶瓷刀具LT55；一种是硬质合金刀具YT15，还有一种是YB01氧化铝-碳化钛复合涂层硬质合金刀片(前2种是自制的产品，后2种是株州硬质合金厂产品)。刀具的几何参数分别为：Kr=75°、go=-5°、ls=-5°、bo=90°、er=90°。切削实验时均采用干式切削。
实验结果和分析
1) FTC1、FTC2材料的力学性能
我们进行的大量实验表明，采用基体材料为YT、YG、YW类等硬质合金涂层粉末在烧结后，所得材料的力学性能较差，其内部布满微裂纹，难以磨成抗弯强度试样。
之后，我们在充分考虑材料的物理匹配和化学相容性的基础上，对基体粉末中的碳化物比例进行调整，制得的新型涂层材料FTC1、FTC2，表现出了良好的力学性能，硬度明显优于硬质合金，与陶瓷材料相近；而抗弯强度则比普通陶瓷材料高。测量得到的力学性能见表1。 表1 几种材料的力学性能
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