專利名稱：硬質合金刀具表面強流脈沖電子束處理方法
技術領域：
本發明屬于材料表面處理技術領域，涉及一種提高硬質合金刀具表面性能和使用壽命的新方法，具體是一種指硬質合金刀具表面強流脈沖電子束處理方法
背景技術：
進入21世紀以來，隨著制造技術的全球化趨勢，制造業競爭更加激烈，對制造技術帶來巨大挑戰。刀具的質量、性能和使用壽命直接影響加工產品的質量、成本、生產率和生產企業的經濟效益。因此，人們一直在努力研究新型刀具材料，或采用新型表面處理技術提高刀具的使用性能和壽命。近30年來，作為切削加工最基本要素的刀具材料發展迅速，各種新型刀具材料不斷出現。目前，工業生產中常用的刀具材料主要有高速鋼刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、金剛石刀具、立方氮化硼刀具等。硬質合金刀具由于其具有高硬度、高強度、高彈性模量、耐磨損和耐腐蝕等性能特點，所以在很多場合取代了高速鋼刀具，覆蓋了大部分常規的加工領域，成為目前應用最多的一種刀具材料。涂層技術是當前提高硬質合金刀具表面性能的主要方法。現在已被實際使用的涂層技術有很多種，包括CVD、PVD、PCVD、鹽浴浸鍍法等，它們都可以在一定程度上提高刀具的使用性能。但是，這些方法普遍存在著涂層制備工藝復雜、涂層與基體附著力差、成本較高、 生產周期長和涂層質量不穩定等問題。因此，開發新型硬質合金刀具表面處理技術具有重要的實用價值。當前，高能密束流技術發展迅速，并在表面工程領域顯示出獨特優勢，得到人們的廣泛重視和研究。利用高能密束流可以實現多種表面處理工藝，即通過能量沖擊作用產生極端處理條件，使材料表層發生質量分布、化學及力學狀態變化，獲得常規方法難以達到的表層組織和使用性能。
發明內容
針對現有硬質合金刀具表面處理技術的不足，本發明提出一種采用強流脈沖電子束進行硬質合金刀具表面處理方法，提高了硬質合金刀具的表面性能和使用壽命。利用強流脈沖電子束處理硬質合金刀具，加工刀具表面平滑光整，形成一定厚度的表面改性層，表層組織均勻細化，與基體形成連續過渡，顯著提高硬質合金刀具的綜合性能。為了達到上述目的，本發明采取的技術方案是步驟1.對硬質合金刀具表面進行清理，去除附作物和油污，必要時可以使用砂紙打磨，然后利用酒精或丙酮清洗、吹干。步驟2.將清理后的硬質合金刀具放入強流脈沖電子束裝置，固定在工作臺上，抽真空，真空度高于10-21^。步驟3.根據處理刀具的改性要求，包括改性層深度、表面粗糙度、表層晶粒度指標，選擇強流脈沖電子束工作參數，包括電子加速電壓15 30千伏，脈沖持續時間0. 5 5微秒，能量密度為1 6J/cm2，脈沖間隔時間5 10秒，處理次數1 30次。步驟4.通過工作臺移動調整處理工件的位置(平動和轉動)，操作強流脈沖電子束對硬質合金刀具表面需要處理部位進行加工處理。處理完畢后，真空排氣，取出處理刀具。強流脈沖電子束處理時，對硬質合金刀具的材質、形狀及表面狀態無特殊限制，可以是目前常用的普通、細晶粒或超細晶粒WC基硬質合金和TiC(N)基硬質合金，可以是新的、長期放置或使用過的各種形狀刀具。與現有硬質合金刀具涂層技術和其它高能密束流表面處理方法相比，本發明的有益效果是1.強流脈沖電子束以加速電子為能量載體，瞬時高、純能量沉積，無元素注入問題，能量利用率高達80%以上。2.強流脈沖電子束熱力影響區大，可形成厚度超過十微米的表面改性層。3.硬質合金刀具表層經歷快速加熱、熔化和急冷循環作用后，表面平滑光整，改性層組織均勻細化，顯著改善刀具表面性能。4.強流脈沖電子束處理硬質合金刀具，表面改性層與基體形成連續過渡，克服涂層與基體之間結合力差的問題；5.強流脈沖電子束裝置采用非聚集、Φ60mm大束斑，電子加速電壓低于30kV設計，處理面積大，不存在輻射污染問題。6.強流脈沖電子束處理硬質合金刀具處理工藝簡單，質量控制穩定，適于進行批
量加工。
附圖1是硬質合金刀具表面強流脈沖電子束處理示意圖。圖中1陰極；2陰極等離子體；3陽極等離子體；4陽極；5火花源；6電子束；7工作臺；8工件；9磁場線圈。附圖2是強流脈沖電子束處理YG8硬質合金刀具表面形貌照片。所用工作參數為電子加速電壓MKV，脈沖時間3. 5 μ s，轟擊20次。
具體實施例方式下面結合技術方案和附圖詳細對本發明的具體實施例作進一步說明。選擇YG8普通粒度硬質合金刀具進行處理，這是一種典型的硬質合金刀具材料。強流脈沖電子束表面處理時，按照以下過程操作1.對YG8硬質合金刀具表面進行預處理，除油、除銹，清洗吹干。2.將預處理后的YG8硬質合金刀具放入強流脈沖電子束裝置，固定在工作臺7，抽真空到預定的工作值，本實施例真空度指標為5Χ 10_3!^。3.設置強流脈沖電子束裝置工作參數電子加速電壓MKV，脈沖時間為3. 5 μ s， 能量密度4. 5J/cm2。4.按下強流脈沖電子束裝置的觸發按鈕，電子槍磁場線圈9通電，提供約束磁場， 火花源5放電，形成電子槍陰極1和陽極4之間的陰、陽極等離子體2，3。此時，陰極施加負極性脈沖電壓，放電形成電子束6，作用于工件8，實現一次強流脈沖電子束處理。5.選擇強流脈沖電子束脈沖間隔時間10S，處理20個脈沖。6.處理完畢，真空排氣，取出YG8硬質合金刀具。經強流脈沖電子束處理后，YG8硬質合金刀具表面平整光滑，露出新鮮金屬光澤， 如附圖2所示。經測量，刀具表面摩擦系數減小40%，耐磨性提高近一倍。
權利要求
1.一種硬質合金刀具表面強流脈沖電子束處理方法，其特征在于如下步驟步驟1.對硬質合金刀具表面進行清理，去除附作物和油污，必要時使用砂紙打磨，然后利用酒精或丙酮清洗、吹干；步驟2.將清理后的硬質合金刀具放入強流脈沖電子束裝置，固定在工作臺上，抽真空，真空度高于10-21 ;步驟3.根據處理刀具的改性要求，選擇強流脈沖電子束工作參數，包括電子加速電壓 15 30千伏，脈沖持續時間0. 5 5微秒，能量密度為1 6J/cm2，脈沖間隔時間5 10 秒，處理次數1 30次；步驟4.通過工作臺移動調整處理工件的位置，操作強流脈沖電子束對硬質合金刀具表面需要處理部位進行加工處理；處理完畢后，真空排氣，取出處理刀具。
2.根據權利要求1所述的硬質合金刀具表面強流脈沖電子束處理方法，其特征還在于強流脈沖電子束處理時，對硬質合金刀具的材質、形狀及表面狀態無特殊限制，是目前常用的普通、細晶粒或超細晶粒WC基硬質合金和TiC(N)基硬質合金，是新的、長期放置或使用過的各種形狀刀具。
全文摘要
本發明公開了一種硬質合金刀具表面強流脈沖電子束處理方法，屬于材料表面處理技術領域。其特征是先對硬質合金刀具表面進行清理，然后將其固定在工作臺上，抽真空到預工作值。根據處理刀具的改性要求，選擇強流脈沖電子束工作參數，包括電子加速電壓、脈沖持續時間、能量密度為、脈沖間隔時間、處理次數等。最后，操作強流脈沖電子束對硬質合金刀具表面需要處理部位進行加工處理。處理完畢后，真空排氣，取出刀具。本發明的有益效果是提高了硬質合金刀具表面性能和使用壽命，克服現有技術存在的工藝復雜、涂層與基體結合力差和成本高等問題，處理工藝簡單，質量控制穩定。處理后的刀具表層組織均勻細化，改性層深。
文檔編號C21D1/09GK102154536SQ20101030024
公開日2011年8月17日 申請日期2010年1月13日 優先權日2010年1月13日
發明者徐洋, 李旻才, 董闖, 賀冬云, 趙麗敏, 郝勝智 申請人:大連理工大學