【摘 要】
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硬质合金作为高硬度、高耐磨的难熔复合材料,被广泛应用于金属切割、矿山开采和耐磨部件等领域。硬质合金是当今最流行和最常见的高生产率工具材料,全球正在大力研究和开发的重要方面是用于切削工具的硬质涂层,这些硬质涂层已被证明可以通过减慢切削刀具的磨损特性来延长刀具寿命。而近年来出现的表面纳米化技术能在金属基体表面形成梯度纳米晶粒层,为涂层制备提供综合性能优异的基体材料。为了提高现代制造业加工效率与加工精度
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金项目(51804138); 江西省教育厅科技计划项目(GJJ180430); 江西省自然科学基金项目(2019ACBL21013,2020BAB204002);
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硬质合金作为高硬度、高耐磨的难熔复合材料,被广泛应用于金属切割、矿山开采和耐磨部件等领域。硬质合金是当今最流行和最常见的高生产率工具材料,全球正在大力研究和开发的重要方面是用于切削工具的硬质涂层,这些硬质涂层已被证明可以通过减慢切削刀具的磨损特性来延长刀具寿命。而近年来出现的表面纳米化技术能在金属基体表面形成梯度纳米晶粒层,为涂层制备提供综合性能优异的基体材料。为了提高现代制造业加工效率与加工精度,延长刀具使用寿命,实现传统刀具的综合改性,有必要提高硬质合金基体的力学性能和抗腐蚀性能,并科学的把刀具基体和硬质涂层的特性结合起来。本文分别采用超声喷丸技术(Ultrasonic shot peening,USSP)和超声表面滚压技术(Ultrasonic surface rolling treatment,USRT)对YG8硬质合金进行纳米化处理,获得了具有梯度纳米结构表层的合金,并对表面纳米层的组织性能进行了表征,同时研究了表面纳米化处理前后的YG8硬质合金微观组织、力学性能及在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀行为。在此基础上,通过多弧离子镀技术(Multi-arc ion plating,MAIP)在表面纳米化前后硬质合金基体上制备了TiAlN膜层,初步对YG8硬质合金表面纳米化基体/TiAlN膜层组织结构及其性能进行了研究。研究结果表明:(1)通过XRD计算超声喷丸处理后YG8硬质合金最表面层的平均粒径为40 nm,实现了纳米化。超声喷丸后样品粗糙度升高,表面硬度比基体硬度提升了约15.8%,截面硬度从表面往中心方向呈梯度变化。表面纳米化处理后的电化学极化曲线腐蚀电流密度较小,表明纳米化处理后试样的耐蚀性得到提高。原始试样的阻抗谱圆弧半径比纳米化的小,说明喷丸后试样的腐蚀速率较小。(2)采用超声表面滚压设备处理YG8硬质合金,随滚压压力增加,晶粒细化,硬度增加,表层产生变形层越厚。超声表面滚压会提高样品的表面粗糙度。在3.5%Na Cl溶液中对超声滚压的YG8硬质合金进行电化学腐蚀行为研究,发现超声表面滚压后的样品阻抗谱曲率半径增大,极化曲线腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,滚压后样品表面产生了更多的腐蚀产物,钝化膜致密,表明滚压处理后试样的抗腐蚀性能得到提高。(3)将表面纳米化处理后的硬质合金作为基体材料应用在TiAlN膜层中,纳米化后薄膜微观结构获得了更大的厚度。纳米化后薄膜表面硬度比纳米化前薄膜增加了约24.3%,纳米化后薄膜结合力比纳米化前薄膜增加了约35.23%。摩擦磨损曲线和磨损率结果表明纳米化处理后TiAlN膜层保持更好的耐磨性。同时,通过电化学阻抗谱和极化曲线结果表明表面纳米化处理后TiAlN膜层的耐蚀性更好。
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