硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法
2023-05-28 20:39:56
硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法
【專利摘要】一種硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法，包括下述工藝步驟：用丙酮清理硬質合金塗層刀具表面去掉硬質合金塗層刀具表面的油汙等雜物；處理後的硬質合金塗層刀具放置於脈衝電子束髮射裝置中，並保證所需處理的刀面處於電子束輻照斑點中心，裝置的工作室抽真空至10-3Pa以上；採用加速電壓10~15kV、脈衝電流100~200A的脈衝電子束對塗層刀具進行輻照轟擊，脈衝持續時間1~10μs，脈衝頻率0.1~10Hz，脈衝次數為1~50次；處理完畢後，取出刀具，即得。使用強流脈衝電子束對硬質合金基體的單層TiN、TiAlN等塗層進行表面處理，可以改善塗層的組織，提高塗層的硬度和耐磨性。
【專利說明】硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於材料表面處理【技術領域】，涉及硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法，具體涉及一種使用強流脈衝電子束表面處理提高硬質合金塗層刀具的表面性能和切削性能的方法。
【背景技術】
[0002]隨著製造業的高速發展，高轉速、小切深、大進給的加工技術要求對塗層硬質合金刀具需求量日益提高。TiN、TiAlN等硬質塗層刀具具有優異的硬度、耐磨損和抗高溫氧化性能，成為目前應用較多的一類新型刀具。然而，硬質塗層也存在著與基體存在著較大的殘餘應力、表面液滴數量較多、塗層緻密性差等先天缺陷，影響了塗層的微觀結構、力學性能，從而使硬質塗層硬質合金刀具的應用還受到一定的限制。
[0003]強流脈衝電子束(HighCurrent Pulsed Electron Beam, HCPEB)作為一種新興的高能束表面處理技術，具有能量利用率高、加熱和冷卻速度快、定位準確、參數易於調節等優勢。該技術在表面工程領域顯現出了獨特的優勢，能夠對輻照材料的表層及次表層誘發非平衡的物理化學及力學狀態變化，獲得常規手段難以達成的表面組織和組成，大幅提高材料的顯微硬度、耐磨性、耐腐蝕性等。
[0004]採用強流脈衝電子束對塗層硬質合金刀具表面進行後處理，可在提高塗層的緻密性和表觀質量的同時，改善塗層與硬質合金基體的結合狀態。
【發明內容】
[0005]本發明的目的，是提供一種硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法，能有效改善塗層的組織，提高塗層的硬度和耐磨性能。
[0006]採用的技術方案是:
一種硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法，包括下述工藝步驟:
1、用丙酮清理硬質合金塗層刀具表面去掉硬質合金塗層刀具表面的油汙等雜物；
2、將經步驟(1)處理後的硬質合金塗層刀具放置於脈衝電子束髮射裝置中，並保證所需處理的刀面處於電子束輻照斑點中心，裝置的工作室抽真空至10_3Pa以上；
3.採用加速電壓l(Tl5kV、脈衝電流100-200Α的脈衝電子束對塗層刀具進行輻照轟擊，脈衝持續時間1~10 μ S，脈衝頻率0.1~10Ηz，脈衝次數為1~50次；
4.處理完畢後，取出刀具，即得。
[0007]採用強流脈衝電子束對塗層刀具進行表面處理，要求塗層厚度不得低於4 μ m，以避免輻照次數過多使塗層減薄過多，降低使用性能；其次，電子束輻照位置依據刀具使用工況選擇不同的刀面進行選擇。
[0008]本發明所具有的效果:
使用強流脈衝電子束對硬質合金基體的單層TiN、TiAlN等塗層進行表面處理，可以改善塗層的組織，提高塗層的硬度和耐磨性，進一步提高塗層與基體的結合狀態，滿足鈦合金等難加工材料的高速切削要求。
【具體實施方式】
[0009]實施例一
一種硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法，包括下述工藝步驟:
1、選用TiN單層塗層硬質合金刀具，塗層厚4μ m，用丙酮清潔刀具表面，去掉油汙，備
用；
2、將經步驟(1)處理後的TiN單層塗層硬質合金刀具置於強流脈衝電子束髮生裝置中，並使所需處理的刀面處於電子輻照斑點中心，該裝置工作室抽真空至10_3Pa以上；
3、對TiN單層塗層硬合金刀具需處理的刀面用強流脈衝電子束處理，加速電壓為15kV，加速電流為200A，脈衝持續時間10 μ S，脈衝頻率10ΗΖ，轟擊次數50次。
[0010]4、處理完畢，取出刀具。
[0011]實施例二
一種硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法，包括下述工藝步驟:
1、選取TiAlN塗層硬質合金刀具，有TiAlN塗層和超細顆粒的強韌性基體，其塗層晶粒尺寸約為50 nm,塗層厚度約為4 μ m。
[0012]對TiAlN塗層硬質合金刀具表面進行丙酮清理，去除油汙等雜物；
2、將塗層硬質合金刀具放置於強流脈衝電子束裝置中，保證所需處理的刀面處於電子束輻照斑點中心，裝置的工作室抽真空至5X 10_3Pa ；
3、強流脈衝電子束處理工藝參數為:加速電壓13kV;脈衝電流180A ;脈衝持續時間5 μ S，脈衝頻率0.1ΗΖ。轟擊位置選擇在刀具表面距刀尖處的前刀面，轟擊次數為20次。
[0013]4、處理完畢後，取出刀具，即得。
[0014]對塗層組織進行觀察測試力學性能，進行了針對TC4鈦合金的切削實驗，切削速度為 88 m/min。
[0015]經處理後的塗層刀具，塗層厚度減小至3.5μπι ;顯微硬度由原來的2880HV提高至3114HV ;表面粗糙度由0.28 μ m降至0.24 μ m。切削實驗結果為，當軸向切削200mm時，後刀面最大磨損量減小了 37.5%。
【權利要求】
1.一種硬質合金塗層刀具的強流脈衝電子束表面處理方法，其特徵在於包括下述工藝步驟: (1)、用丙酮清理硬質合金塗層刀具表面去掉硬質合金塗層刀具表面的油汙雜物； (2)、將經步驟(1)處理後的硬質合金塗層刀具放置於脈衝電子束髮射裝置中，並保證所需處理的刀面處於電子束輻照斑點中心，裝置的工作室抽真空至10_3Pa以上； (3)、採用加速電壓l(Tl5kV、脈衝電流100-200Α的脈衝電子束對塗層刀具進行輻照轟擊，脈衝持續時間I~10 μ S，脈衝頻率0.1~10Ηz，脈衝次數為I~50次； (4)、處理完畢後，取出刀具，即得。
【文檔編號】C21D9/18GK103789524SQ201410004762
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】婁長勝, 蘆馨, 高景龍, 金光, 王強 申請人:瀋陽理工大學