[发明专利]一种硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜

说明书

为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种硬质合金表面的Ti‑Al‑Zr‑Cr‑N系复合膜。采用Ti63‑Al32‑Zr5(at%)合金靶和1个Cr单质靶，WC‑8Co硬质合金为原料，合金部件的磨损主要发生在材料的表面，提高材料表面硬度可以改善材料耐磨性能。表面化学热处理是提高材料表面性能的重要手段，广泛应用于要求耐磨、耐蚀等场合。所制得的硬质合金表面的Ti‑Al‑Zr‑Cr‑N系复合膜，其硬度、抗高温氧化性、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的硬质合金复合膜提供一种新的生产工艺。

所属技术领域

本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜。

背景技术

硬质合金是由一种或多种高硬度、高模量的间隙化合物与过渡族金属或其合金组成的复合材料。WC-Co硬质合金兼具良好的韧性、硬度、耐磨性等综合性能，被广泛应用于矿用、切削、模具等各个领域，已成为现代社会不可缺少的重要材料，被誉为“工业的牙齿”。WC-Co硬质合金占整个硬质合金产品的一半以上，具有非常突出的地位。随着各种精密仪器、模具、刀具及电子通信技术的飞速发展，对WC-Co硬质合金的性能要求越来越高。

硬质合金属于脆性材料，硬度和强度即耐磨性和韧性之间的矛盾一直是困扰其发展的主要因素。合金部件的磨损主要发生在材料的表面，提高材料表面硬度可以改善材料耐磨性能。表面化学热处理是提高材料表面性能的重要手段，广泛应用于要求耐磨、耐蚀等场合。

发明内容

本发明的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜的制备原料包括：Ti63-Al32-Zr5(at%)合金靶和1个Cr单质靶，WC-8Co硬质合金。

硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后进行打磨、抛光，然后进行超声波清洗。将加工过的试样进行真空干燥，干燥时间为40min，干燥温度为50℃。然后加入真空炉中制备梯度膜，沉积偏压仍为–150V，沉积时间为30min。

硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜的检测步骤为：质量采用FA2104电子天平测定，微观形貌采用JOEL7001F场发射扫描电镜观察，抗弯强度测试采用INS186电子万能试验机，物相结构采用XPert衍射仪分析，抗压强度采用CDT305压机。

所述的硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜，其在900℃时具有良好的抗高温氧化性；而(Ti,Al,Zr,Cr)N单层膜的抗高温氧化温度仅为600℃。

所述的硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜，在长时间的高温氧化环境中仍然能够保持良好的抗高温循环氧化性，其抗高温氧化性能远高于单层膜。

本发明的有益效果是：

采用Ti63-Al32-Zr5(at%)合金靶和1个Cr单质靶，WC-8Co硬质合金为原料，经过配料、打磨、抛光、超声波清洗、真空干燥、镀膜工艺成功制备了具有优异力学性能的硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜。其中，Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜具有比(Ti,Al,Zr,Cr)N单层膜更高的抗氧化温度，其抗高温循环氧化性远高于单层膜。所制得的硬质合金表面的Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜，其硬度、抗高温氧化性、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的硬质合金复合膜提供一种新的生产工艺。

具体实施方式

实施案例1：