一种涂层硬质合金刀具的制作方法

本发明涉及刀具涂层领域，尤其是涉及一种涂层硬质合金刀具。

背景技术：

1、涂层硬质合金刀具是在强度和韧性较好的硬质合金基体表面上，利用气相沉积等方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物而获得的。例如专利cn105479318b公开了一种硬质合金涂层刀具的后处理方法和硬质合金涂层刀具。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，从而减少了月牙槽磨损。涂层硬质合金刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命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％。因此，涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50％。

2、根据硬质合金涂层刀片的服役环境及失效分析可知，当硬质涂层与硬基体(钨钛钴类硬质合金)结合时，在冲击载荷作用下，由于基体的韧性较差，涂层中产生的裂纹容易向基体内扩展，使刀片产生崩刃破损而失效。当硬质涂层与软基体(钨钴类硬质合金)结合时，在切削力的作用下，由于基体抗塑性变形的能力较差，涂层壳体容易产生破裂，引起涂层失效。例如专利cn公开了。据此需要一种理想的解决方法。

技术实现思路

1、本发明为了克服涂层与基体结合力差影响刀具机械性能的问题，提供一种涂层硬质合金刀具，通过限定刀具基体的组分以及多元涂层的顺序和组分，得到涂层与基体结合力好、使用寿命长的刀具。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种涂层硬质合金刀具，刀具基体为碳化钨基硬质合金，硬质合金中含有vc、ru、tac；涂层从里到外依次为硫化钼层、氮化铝层和氮化铝钛硅层。

4、作为优选，氮化铝钛硅层中各元素的相对原子含量为ti 30-40％，al 18-25％，si2-5％，余量为n。

5、作为进一步优选，氮化铝钛硅层中各元素的相对原子含量为ti 35-40％，al 20-25％，si 2-3％，余量为n。

6、作为优选，涂层总厚度为5-10μm。

7、作为优选，硫化钼层的厚度为0.5-4μm，氮化铝层的厚度为2-5μm，氮化铝钛硅层的厚度为2.5-7.5μm。

8、作为优选，氮化铝层厚度为硫化钼层厚度的2-4倍，氮化铝钛硅层的厚度为硫化钼层厚度的5-8倍。

9、作为优选，涂层通过化学气相沉积工艺沉积得到。

10、刀具基体的具体组分为：82-91.5wt％碳化钨、8-15wt％粘结剂、0.5-3wt％调节剂，三者质量百分比之和为100wt％，调节剂由vc、ru、tac组成。

11、作为优选，调节剂中vc、ru、tac的质量比为(1-6):(5-8):10。

12、作为优选，粘结剂为钴、铁、锰、铜、镍中的一种或多种。

13、因此，本发明的有益效果为：本发明为三涂层刀具，多元涂层中断了涂层界面中的柱状晶的生长，从而使得涂层界面得到强化，晶粒间的结合紧密，从而提高了涂层的硬度。硫化钼粘结底层，起到基体与主涂层的过渡作用，提高主涂层与基体之间的界面结合力，改善膜/基体间的结合性能。氮化铝层的作用，一方面，氧原子进入氮化铝层晶格产生晶格畸变，起到了固溶强化的作用，使得涂层的组织致密、硬度提高；另一方面，作为中间层起到“承上启下”的作用，使得梯度涂层成份连续变化，提高各涂层间相容性，减小不同涂层由于热膨胀系数差异产生的热应力，使得各涂层间结合良好，提高多元涂层的膜基结合力。氮化铝钛硅层涂层具有极高的硬度、耐磨性和抗热性，因此放在最外侧，显著提升刀具的使用寿命。

技术特征：

1.一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，刀具基体为碳化钨基硬质合金，硬质合金中含有vc、ru、tac；涂层从里到外依次为硫化钼层、氮化铝层和氮化铝钛硅层。

2.根据权利要求1所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，氮化铝钛硅层中各元素的相对原子含量为ti 30-40%，al 18-25%，si 2-5%，余量为n。

3.根据权利要求2所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，氮化铝钛硅层中各元素的相对原子含量为ti 35-40%，al 20-25%，si 2-3%，余量为n。

4.根据权利要求1所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，涂层总厚度为5-10 μm。

5.根据权利要求4所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，硫化钼层的厚度为0.5-4 μm，氮化铝层的厚度为2-5 μm，氮化铝钛硅层的厚度为2.5-7.5 μm。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，氮化铝层厚度为硫化钼层厚度的2-4倍，氮化铝钛硅层的厚度为硫化钼层厚度的5-8倍。

7.根据权利要求1所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，涂层通过化学气相沉积工艺沉积得到。

8.根据权利要求1所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，刀具基体的具体组分为：82-91.5wt%碳化钨、8-15wt%粘结剂、0.5-3 wt%调节剂，三者质量百分比之和为100wt%，调节剂由vc、ru、tac组成。

9.根据权利要求8所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，调节剂中vc、ru、tac的质量比为(1-6):(5-8):10。

10.根据权利要求8或9所述的一种涂层硬质合金刀具，其特征在于，粘结剂选自钴、铁、锰、铜、镍中的一种或多种。

技术总结
本发明涉及刀具涂层领域，针对涂层与基体结合力差影响刀具机械性能的问题，提供一种涂层硬质合金刀具，刀具基体为碳化钨基硬质合金，硬质合金中含有VC、Ru、TaC；涂层从里到外依次为硫化钼层、氮化铝层和氮化铝钛硅层。本发明通过限定刀具基体的组分以及多元涂层的顺序和组分，得到涂层与基体结合力好、使用寿命长的刀具。

技术研发人员：吴天阳,郭伟波,吴丽萍,李爱林,黄椿,任朝阳
受保护的技术使用者：浙江恒成硬质合金有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30