涂層硬質(zhì)合金在機(jī)械加工刀具的廣泛應(yīng)用
涂層硬質(zhì)合金問(wèn)世以來(lái)恋捆,在機(jī)械加工刀具方面得到了廣泛應(yīng)用照皆,顯著提高了金屬切削加工效率。
目前約有70%的硬質(zhì)合金刀具經(jīng)過(guò)表面涂層處理沸停。近年來(lái)膜毁,隨著金屬切削加工要求的不斷提高,刀具涂層技術(shù)也不斷取得新的發(fā)展愤钾。目前常用的涂層方法主要有化學(xué)氣相沉積(CVD)法瘟滨、物理氣相沉積(PVD)法、物理化學(xué)氣相沉積(PCVD)法等能颁;涂層材料種類主要有TiC杂瘸、TiN、TiCN伙菊、Al2O3等胧沫;涂層方式已由單一涂層發(fā)展到復(fù)合涂層。同時(shí)卢女,為了對(duì)涂層性能智础、涂層工藝進(jìn)行深入研究,與之相關(guān)的涂層分析檢驗(yàn)技術(shù)也隨之不斷改進(jìn)留绞。本文就硬質(zhì)合金涂層的金相分析方法作一介紹助安。 2 涂層金相試樣的制備硬質(zhì)合金涂層具有硬、脆哩啼、薄的特點(diǎn)莽裤,其厚度通常只有幾微米至十幾微米。在制備試樣時(shí)稍有不慎馒易,試樣表面涂層就可能崩落或倒角店烛,因此操作時(shí)應(yīng)注意小心保護(hù)涂層。在制樣過(guò)程中砖军,為保證涂層與硬質(zhì)合金基體位于金相顯微鏡觀測(cè)的同一視平面上辱甫,應(yīng)使涂層制樣面與硬質(zhì)合金基體制樣面處于同一平面內(nèi)。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行制樣試驗(yàn)蒋令,發(fā)現(xiàn)以下制樣方法可獲得較好制樣效果:首先用金剛石砂輪在機(jī)床上對(duì)試樣進(jìn)行粗店诗、精磨,然后將試樣對(duì)鑲在硫磺中,用拋光機(jī)和金剛石研磨膏對(duì)其進(jìn)行精拋光庞瘸。磨削試樣時(shí)捧弃,可使用樹(shù)脂結(jié)合劑碗形金剛石砂輪(粒度在320#、M20擦囊、M14范圍內(nèi))违霞,為反映涂層的真實(shí)厚度,磨削后的涂層制樣面與涂層表面應(yīng)保持垂直瞬场;根據(jù)前序磨削表面質(zhì)量情況葛家,可選用粒度為M5或M1的金剛石研磨膏對(duì)試樣進(jìn)行研磨和拋光。為采用上述方法制備試樣的單一涂層和復(fù)合涂層形貌泌类。
涂層形貌的觀測(cè)與分析將制備好的涂層金相試樣置于金相顯微鏡下進(jìn)行高倍觀測(cè)(1000~1500倍)癞谒。在顯微鏡視場(chǎng)內(nèi)可觀察到試樣斷面是由表面涂層、過(guò)渡區(qū)和硬質(zhì)合金基體三部分組成刃榨。過(guò)渡層(中間層)的金相分析 涂層顯微結(jié)構(gòu)的顯現(xiàn)與形貌觀測(cè) 對(duì)制備的試樣進(jìn)行高倍觀測(cè)時(shí)弹砚,有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在涂層與基體之間存在一連續(xù)帶狀(或斷續(xù))的白亮色狹窄區(qū)域。用赤血鹽和氫氧化鈉水溶液侵蝕后寺斟,該區(qū)域的顏色轉(zhuǎn)變由橙色→深褐色→黑色虫棚,這是h相WxCoxC 的典型特征之一,通常工業(yè)合金缺碳時(shí)都會(huì)出現(xiàn)h1相溪胖,它的存在對(duì)涂層合金的使用性能有很大影響(目前對(duì)h2相所起作用尚有不同看法黔琢,限于篇幅,本文不作論述)肤不⊙鞍總之,在觀測(cè)試樣時(shí)豌腮,對(duì)過(guò)渡層進(jìn)行金相分析是必不可少的步驟绪封。
由于涂層為極薄的單層或多層膜,因此顯現(xiàn)其顯微結(jié)構(gòu)時(shí)需特別仔細(xì)椰骇。對(duì)于不同材料的涂層历扭,需要采用不同的試劑進(jìn)行侵蝕顯現(xiàn)。 碳化鈦涂層的顯現(xiàn) 將拋光后的碳化鈦涂層試樣用10%K3Fe(CN)6+10%NaOH 水溶液侵蝕20~30 秒鐘后膨吼,即可在金相顯微鏡下對(duì)其顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行高倍觀測(cè)棺氢。 氮化鈦、碳氮化鈦涂層的顯現(xiàn) 對(duì)于氮化鈦现恼、碳氮化鈦(或碳化鈦)涂層試樣肃续,均可采用10ml 硝酸+ 10ml 氫氟酸+ 10ml 水的混合溶液滴蝕15~30 秒鐘后進(jìn)行顯現(xiàn),在金相顯微鏡下高倍觀測(cè)到的顯微結(jié)構(gòu)述暂。
復(fù)合涂層的顯現(xiàn) 對(duì)于復(fù)合涂層痹升,應(yīng)視具體的涂層種類建炫,采用分段侵蝕方法對(duì)其顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯現(xiàn)畦韭,然后在金相顯微鏡下進(jìn)行形貌觀測(cè)疼蛾。 4 涂層缺陷的觀測(cè) 當(dāng)表面涂層工藝出現(xiàn)某些問(wèn)題時(shí),涂層表面會(huì)產(chǎn)生各種缺陷艺配。
涂層和過(guò)渡層的厚度測(cè)量試驗(yàn)證明察郁,涂層(表面層)和過(guò)渡層(中間層)的厚度對(duì)硬質(zhì)合金涂層刀片的性能影響很大。因此转唉,對(duì)試樣各層厚度進(jìn)行測(cè)量對(duì)于分析涂層性能十分重要皮钠。 涂層厚度是指從涂層表面到涂層與過(guò)渡層(或基體)交界面之間的距離。過(guò)渡層(亦稱脫碳層)厚度是指從涂層與過(guò)渡層的交界面到過(guò)渡層與基體的交界面之間的距離赠法。涂層厚度一般約為幾微米~20微米麦轰。對(duì)于復(fù)合涂層則需要分別測(cè)量各層厚度。測(cè)量涂層厚度的傳統(tǒng)方法是利用金相顯微鏡的目鏡測(cè)微尺進(jìn)行測(cè)量猴宾,但該方法的測(cè)量精度較差潘吸,操作也較為煩瑣。目前已可采用圖象分析系統(tǒng)(如四川大學(xué)智勝公司產(chǎn)品)進(jìn)行測(cè)量漆埋,該方法操作便捷卤撬,測(cè)量精度較高。此外您窒,該系統(tǒng)具有多次拍照合成圖象功能柄楼,可解決涂層制樣面微小不同焦的問(wèn)題。
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