和TiCN復(fù)合涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種去除硬質(zhì)合金表面A1203和TiCN復(fù)合涂層的方法，屬于硬質(zhì)合金材料和粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]切削工具是硬質(zhì)合金材料應(yīng)用的重要方向之一。A1203和TiCN復(fù)合涂層具有涂層厚度小(通常只有十幾到幾十微米)、與硬質(zhì)合金基體結(jié)合牢固、可大幅度提高刀具的耐磨和耐氧化腐蝕性能。因此，具有復(fù)合涂層的硬質(zhì)合金刀具成為切削工具應(yīng)用的主流產(chǎn)品。隨著刀具應(yīng)用范圍和數(shù)量的增多，每年都有大批的刀具報(bào)廢，這些報(bào)廢的刀具含有大量的戰(zhàn)略元素鎢和稀有金屬鈷，其回收再利用受到各國相關(guān)企業(yè)的重視。這些帶涂層刀具在回收過程中，涂層材料成為再生合金中的雜質(zhì)元素，嚴(yán)重影響合金的性能和使用范圍。因此，涂層硬質(zhì)合金刀具表面涂層的去除成為此類硬質(zhì)合金材料再生利用的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]已有研究者針對硬質(zhì)合金表面涂層的去除方法進(jìn)行了研究，如化學(xué)方法中化學(xué)分解法、電解法、電化學(xué)法等，這些方法使用大量的酸堿溶液，對環(huán)境非常不利；物理方法如離子束、噴砂等，存在成本高、易引入雜質(zhì)、涂層難以去除干凈等問題。A1203層耐氧化和耐酸堿腐蝕，TiCN層與硬質(zhì)合金基體結(jié)合性強(qiáng)，且具有抗氧化性。因此，該復(fù)合涂層的去除是目前硬質(zhì)合金回收再生過程中關(guān)注的焦點(diǎn)和急待解決的難點(diǎn)問題。為此，硬質(zhì)合金工業(yè)領(lǐng)域急待研發(fā)一種工藝方便、環(huán)境友好、實(shí)用高效的硬質(zhì)合金表面涂層去除方法。
[0004]本申請的發(fā)明人在大量實(shí)驗(yàn)探索研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種針對硬質(zhì)合金基體表面A1203和TiCN復(fù)合涂層的去除方法，應(yīng)用本技術(shù)去除A1 203和TiCN復(fù)合涂層，不使用對環(huán)境造成污染的酸堿溶液，去除方法簡單有效，且能批量完成硬質(zhì)合金的回收再生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有的硬質(zhì)合金表面涂層去除中存在的問題，提供一種硬質(zhì)合金表面復(fù)合涂層的去除方法。無論硬質(zhì)合金成分如何，A1203和TiCN復(fù)合涂層的總厚度都在5-30 μ m范圍內(nèi)，使用本方法均可將涂層去除干凈。
[0006]本發(fā)明針對硬質(zhì)合金表面涂層去除的國際難題，提供一種A1203和TiCN復(fù)合涂層的去除方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0008](1)將涂覆A1203和TiCN復(fù)合涂層的硬質(zhì)合金，在大氣環(huán)境下加熱，升溫速率為3?10°C /min，溫度升至700?1000°C，保溫一定時(shí)間；將加熱后的試樣迅速置于液氮中淬火，得到涂層開裂的試樣；
[0009](2)將步驟⑴得到的試樣置于球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，球磨后濾去雜質(zhì)，進(jìn)行烘干和去磨球，獲得部分涂層脫落和涂層帶有裂紋的試樣；具體參數(shù)優(yōu)選:球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅?1?6mm的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為80?150轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為20?60分鐘；
[0010](3)將步驟⑵得到的試樣在空氣的條件下、700?1000°C，保溫6?60分鐘，將加熱后的試樣直接置于球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，球磨后濾去雜質(zhì)，烘干并去磨球，最終獲得A1203和TiCN復(fù)合涂層去除干凈的硬質(zhì)合金塊體。具體參數(shù)優(yōu)選:球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅??8mm的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為80?150轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為10?30分鐘；
[0011]步驟(1)中，保溫時(shí)間和淬火時(shí)間對涂層和硬質(zhì)合金基體的膨脹和收縮有重要的影響，對硬質(zhì)合金表面涂層的裂紋大小及其分布有決定性的作用。加熱保溫時(shí)間保證基體的溫度均勻，硬質(zhì)合金基體發(fā)生足夠的膨脹。加熱時(shí)間&= (10?30)V1/3分鐘，其中，V是基體硬質(zhì)合金的體積，此體積為單位mm3對應(yīng)的數(shù)值，優(yōu)選V = 2.0?1000mm 3。液氮中淬火既要保證基體溫度的下降，又要保證涂層材料溫度迅速降低至液氮溫度，發(fā)生急劇收縮，進(jìn)一步增加涂層裂紋的數(shù)量和尺寸。液氮中的冷卻時(shí)間t2= (2?3)d秒，其中，d是涂層的厚度，此厚度為單位μ m對應(yīng)的數(shù)值，d = 3?50μηι。
[0012]優(yōu)選本發(fā)明的基體為WC-Co硬質(zhì)合金時(shí)，步驟(3)的保溫時(shí)間為(2?3)Cc。分鐘，其中C&為基體硬質(zhì)合金中Co的含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，參數(shù)C&的取值范圍為:CCc]= 3?20。
[0013]與現(xiàn)有去除硬質(zhì)合金表面涂層的化學(xué)方法、物理方法等方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
[0014](1)本發(fā)明將帶涂層的硬質(zhì)合金材料在空氣中加熱，在液氮中淬火，基于硬質(zhì)合金基體和涂層材料的熱膨脹系數(shù)的差異，使試樣表面涂層開裂，且裂紋分布均勻；通過球磨的方式將部分開裂的涂層去除，為在進(jìn)一步加熱過程中空氣的進(jìn)入提供通道，使加熱過程中基體與氧氣接觸，發(fā)生氧化，生成體積膨脹的氧化物，使涂層開裂和破碎；利用氧化物的脆性，通過球磨去除殘余的涂層和少量氧化物，獲得涂層去除干凈的硬質(zhì)合金基體?？梢钥闯觯瑹o論試樣加熱、還是液氮中淬火，表面涂層的各個(gè)位置的熱量變化基本一致，因此，本發(fā)明除了簡單外形試樣，還尤其適用于復(fù)雜形狀試樣表面涂層的去除，且涂層去除均勻、徹底。
[0015](2)本發(fā)明實(shí)施過程使用的輔助材料為液氮和水，不需要酸、堿等化學(xué)試劑，是一種對環(huán)境無污染的涂層去除方法，且不引入雜質(zhì)，從根本上保證去除涂層后硬質(zhì)合金材料的潔凈。
[0016](3)本發(fā)明工藝步驟簡單，影響涂層去除效果的因素少，利于提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和制備材料性能的穩(wěn)定性。
[0017]綜上，本發(fā)明較已有硬質(zhì)合金涂層的去除方法，具有涂層去除完全、尤其是技術(shù)本身硬件設(shè)備投資很少、環(huán)境友好、節(jié)能減排等突出優(yōu)勢，本發(fā)明的技術(shù)特征適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1實(shí)施例1中原料試樣截面的掃描電子顯微鏡照片；
[0019]圖2實(shí)施例1和2中去除涂層后試樣的X-射線衍射圖譜；
[0020]圖3實(shí)施例1中去除涂層后試樣表面的掃描電子顯微鏡照片；
[0021]圖4實(shí)施例2中加熱和淬液氮后試樣表面的掃描電子顯微鏡照片和化學(xué)成分；
[0022]圖5實(shí)施例2中去除涂層后試樣表面的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合事實(shí)上了對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例1:原料的截面圖如圖1所示?；w為WC-lOCo硬質(zhì)合金，與基體直接接觸的涂層成分為TiCN，厚度為9 μ m，A1203涂層的厚度為4 μ m，是試樣的表面層，直接與外界接觸，原料試樣的體積是730mm3;將原料置于馬弗爐中，采用5°C /min的加熱速度升高到950°C，保溫240分鐘；將加熱后的試樣置于液氮中淬火30s ;淬火后的試樣置于球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，其參數(shù)是:球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅?πιπι的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為30分鐘；球磨后濾去雜質(zhì)，進(jìn)行烘干和去磨球；將獲得的試樣置于850°C的馬弗爐中熱處理20分鐘后進(jìn)行濕磨，球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅?3mm的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為90轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為15分鐘；球磨后濾去雜質(zhì)，烘干并去磨球。最終制備得到的硬質(zhì)合金塊體的X-射線衍射圖譜如圖2(a)所示，其表面形貌如圖3所示?？梢钥闯?，制備的硬質(zhì)合金塊體物相純凈，只有WC和Co相組成。
[0025]實(shí)施例2:原料的基體為含抑制劑的WC-16CO硬質(zhì)合金，TiCN涂層厚度為12 μ m，A1203涂層厚度為6 μ m，合金體積為20mm3。將原料置于馬弗爐中，采用8°C /min的加熱速度升高到800°C，保溫50分鐘；將加熱后的試樣置于液氮中淬火50s，淬火后試樣表面形貌及成分如圖4所示；淬火后試樣置于球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，其參數(shù)是:球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅?5mm的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為45分鐘；球磨后濾去雜質(zhì)，進(jìn)行烘干和去磨球；將獲得的試樣置于1000°C的馬弗爐中熱處理40分鐘后進(jìn)行濕磨，球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅?_的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為110轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為10分鐘；球磨后濾去雜質(zhì)，烘干并去磨球。最終制備得到的硬質(zhì)合金塊體的X-射線衍射圖譜如圖2(b)所示，其表面形貌如圖5所示?？梢钥闯觯苽涞挠操|(zhì)合金塊體物相純凈，只有WC和Co相組成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種去除硬質(zhì)合金表面A1 203和TiCN復(fù)合涂層的方法，其特征在于，包 括以下步驟: (1)將涂覆A1203和TiCN復(fù)合涂層的硬質(zhì)合金，在大氣環(huán)境下加熱，升溫速率為3?10°C /min，溫度升至700?1000°C，保溫一定時(shí)間；將加熱后的試樣迅速置于液氮中淬火，得到涂層開裂的試樣； (2)將步驟(1)得到的試樣置于球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，球磨后濾去雜質(zhì)，進(jìn)行烘干和去磨球，獲得部分涂層脫落和涂層帶有裂紋的試樣； (3)將步驟⑵得到的試樣在空氣的條件下、700?1000°C，保溫6?60分鐘，將加熱后的試樣直接置于球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，球磨后濾去雜質(zhì)，烘干并去磨球，最終獲得A1203和TiCN復(fù)合涂層去除干凈的硬質(zhì)合金塊體。2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(2)球磨具體參數(shù):球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅?1?6mm的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為80?150轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為20?60分鐘。3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(3)球磨具體參數(shù):球磨介質(zhì)為水，球料比為0.5:1，磨球?yàn)橹睆溅?3?8mm的硬質(zhì)合金球，球磨轉(zhuǎn)速為80?150轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為10?30分鐘。4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(1)加熱時(shí)間t!= (10?30)V 1/3分鐘，其中，V是基體硬質(zhì)合金的體積，此體積為單位mm3對應(yīng)的數(shù)值，V = 2.0?8000mm3。5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(1)液氮中的冷卻淬火時(shí)間t2=(2?3)d秒，其中，d是涂層的厚度，此厚度為單位μ m對應(yīng)的數(shù)值，d = 3?50 μπι。6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，基體為WC-Co硬質(zhì)合金時(shí)，步驟(3)的保溫時(shí)間為(2?3) Cc。分鐘，其中Cc。為基體硬質(zhì)合金中Co的含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，參數(shù)Cc。的取值范圍為:C&= 3?20。
【專利摘要】一種去除硬質(zhì)合金表面Al2O3和TiCN復(fù)合涂層的方法，屬于硬質(zhì)合金材料和粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。以涂層材料和基體材料的熱膨脹系數(shù)差異為切入點(diǎn)，考慮材料的尺寸和涂層厚度，綜合基體材料和涂層材料的導(dǎo)熱性和膨脹系數(shù)的差異，制定帶有Al2O3和TiCN復(fù)合涂層的硬質(zhì)合金的加熱工藝和液氮中淬火工藝；對球磨后的試樣，根據(jù)基體Co含量確定熱處理溫度和保溫時(shí)間，進(jìn)一步球磨后得到復(fù)合涂層去除干凈的硬質(zhì)合金塊體材料。本發(fā)明使用設(shè)備簡單、不引入雜質(zhì)、節(jié)能環(huán)保，且可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，能夠徹底去除Al2O3和TiCN復(fù)合涂層而獲得純凈的硬質(zhì)合金基體材料。
【IPC分類】B02C17/00, B09B5/00, B09B3/00
【公開號(hào)】CN105344694
【申請?zhí)枴緾N201510634839
【發(fā)明人】劉雪梅, 王海濱, 宋曉艷, 楊濤
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年9月29日