硬质合金涂层刀具脱钴问题

硬质合金涂层刀具脱钴问题:对于成型刀具来说,当合金毛坯制成后须经过机械加工,主要是表面磨削、开齿型等多道加工程序。在生产实践中发现,钴粉含氧量随室温升高而增大。当室温高于30℃时,钴粉易氧化。由于钴粉粒度细(常用钴粉粒度应小于113μm),表面活性大,易氧化与空气,钴粉制备出炉过程中也易自燃和吸附空气中的水分,尤其当空气中湿度较高,使含氧量增高。当原料钴粉纯度降低,钴粉粒度较粗,特别是夹有粗大的钴粒子时,合金毛坯中易形成钴池或局部缺钴,使合金组织不均匀,影响涂层结合,即综合使用性能。

加工中,磨削温度过高也会导致硬质合金涂层刀具表面出现不均匀脱钴,甚至改变正常的组织结构。为了降低磨削温度,常用磨削液冷却。由于钴的化学特性使其对酸性环境更为敏感,对于碱性(PH8~10)磨削液或金属清洗液,尤其在一定温度的情况下,同样可加快对钴相的析出。磨削液稍呈弱酸性时,钴会被腐蚀,刀片表面尤其是刃口、尖角和R圆弧区,易出现不均匀的麻坑,呈灰斑状,重则出现脱落现象。针对此类现象进行了电子探针成份分析发现:无灰斑区的主要成分为W主量,钴大量,Ti、Ta少量,Nb微量。脱落区:W、Ta、Ti、Nb含量与无灰斑区基本相同,而钴含量大 幅减少,从成份峰值计算,灰斑区的钴含量降低50%以上,验证发现磨削液的酸碱度是影响脱钴的原因之一。

涂层前清洗不当也会影响脱钴,涂层刀具涂覆前必须将刀片彻底清洗。清洗液的PH值将影响刀片表面钴相的分布。试验发现:个别刀片清洗不当,会出现表面局部脱钴,表面组织不均匀,特别是钴相的不均匀脱落,使硬质相形成疏松的骨架,使后期涂层难以粘附或涂层剥落。许多厂家为解决涂层与基体结合强度的问题,除严格控制涂前的工序外,还研制了一种表面富钴的涂层基体材质。

为明确钴在合金中的作用,根据脆性断裂理论可知,当外力达到一定值后,试样中已存在的裂纹胚芽便扩展,导致试样断裂,断裂时WC变形极微,钴相则较显著。钴相的变形可以阻碍裂纹的扩展。一般的硬质合金在其被腐蚀时,可以观察到碳化物的直接断裂,即其强度受连续粘结剂的控制,并与碳化物晶粒间钴层的厚度成正比。而当合金基体钴相分布不均时,加工、涂层清洗等不当造成脱钴,使刀具在外力作用下,很快发生大面积涂层剥落或崩裂。

烧结过程中,合金中的WC晶粒或TiC晶粒相互连成一个骨架,在骨架的空隙填满互相贯通的钴相,只有当钴被包封的程度改变时(连续骨架破坏、部分破坏时)才会改变合金的强度特性,在硬质相骨架内包围的是钴相。当骨架强度足够,钴相越均匀,抗断裂强度越高。当局部钴相脱落时,硬质相的骨架遭破坏,合金强度降低,表面涂层粘附力也降低,因此出现刀片崩裂或涂层剥落。多次试验也证明了Co的均匀分布对合金性能的影响。

加强质量规范化管理,选择对钴相不敏感的中性冷却液,并及时清洗掉表面残留液体,排除机械加工中造成的硬质合金涂层刀具脱钴问题。

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