成磨损区不断后移 ;当后部磨损到一定程度 ,前端金
刚石的切削量又将增加 ,磨耗随之增大。如此反复 ,
导致整个节块不断消耗。由此可得出以下结论 : ①
节块的磨耗是不均匀的 ; ②节块前端不仅应具有足
够的耐磨损强度 ,以防止过早磨耗 ,还应保持足够大
的出刃高度 ,以完成较重的切削任务。因此 ,节块前
端应采用高强度粗颗粒金刚石。由于目前所用金刚
石刀头在长度方向上的抗磨损强度都相等 ,因此上
述结论对于改进节块
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
具有重要指导意义。
5 结论
(1)节块表面出刃的金刚石颗粒数与节块的金
刚石浓度和出刃系数成正比 ,与所用金刚石直径的
平方成反比 ;相邻两颗出刃的金刚石之间的距离 L d
与锯片采用的金刚石粒度 ( d) 成正比 ,与金刚石浓
度 c 及金刚石出刃系数 k 的平方根成反比。
(2)单颗金刚石的切削厚度仅有几微米 ,它与所
用金刚石的粒度、进刀速度 V 的 2/ 3 次方成正比 ,
与金刚石浓度 c 的 1/ 3 次方、锯片线速度 V T 的 2/ 3
次方成反比 ,且与进刀量有关。
(3)节块前端金刚石切削的岩石量大于节块后
部金刚石的切削量 ,因此节块前端应采用高强度粗
颗粒的金刚石。
参考文献
1 王艳辉 ,王明智 ,臧建兵. 超硬材料工具制造 ( Ⅱ) . 金刚石
与磨料磨具工程 ,1999 (1)
2 袁公昱编. 人造金刚石合成及金刚石工具制造. 长沙 :中
南工业大学出版社 ,1992 :338~340
3 郭柏林 ,卢洁明 ,张立三. 金刚石圆锯片切割石材过程研
究. 武汉工业大学学报 ,1997 (3) :85~87
第一作者 :史冬梅 ,硕士 ,中国地质大学工程学院勘察与
基础工程系 ,430074 武汉市
编辑 :张 宪
收稿日期 :2001 年 12 月
硬质合金涂层的金相分析
胡希川 韩春阳
成都工具研究所
摘 要 :介绍了硬质合金涂层的金相分析方法 ,包括涂层试样的制备、涂层形貌观测与分析、涂层缺陷观测和
厚度测量。
关键词 :表面涂层 , 金相分析 , 硬质合金
Metallographic Analysis of Coatings on Carbide Base
Hu Xichuan Han Chunyang
Abstract :The metallographic analysis method of coatings on the carbide base , including preparation of coating sample , ob2
servation and analysis of coating patterns , observation of coating defects and measurement of coating thickness is introduced.
Keywords : surface coating , metallographic analysis , cemented carbide
1 引言
涂层硬质合金问世以来 ,在机械加工刀具方面
得到了广泛应用 ,显著提高了金属切削加工效率。
目前约有 70 %的硬质合金刀具经过表面涂层处理。
近年来 ,随着金属切削加工要求的不断提高 ,刀具涂
层技术也不断取得新的发展。目前常用的涂层方法
主要有化学气相沉积 ( CVD) 法、物理气相沉积
(PVD)法、物理化学气相沉积 ( PCVD) 法等 ;涂层材
料种类主要有 TiC、TiN、TiCN、Al2O3 等 ;涂层方式已
由单一涂层发展到复合涂层。同时 ,为了对涂层性
能、涂层工艺进行深入研究 ,与之相关的涂层分析检
验技术也随之不断改进。本文就硬质合金涂层的金
相分析方法作一介绍。
2 涂层金相试样的制备
硬质合金涂层具有硬、脆、薄的特点 ,其厚度通
常只有几微米至十几微米。在制备试样时稍有不
慎 ,试样表面涂层就可能崩落或倒角 ,因此操作时应
注意小心保护涂层。在制样过程中 ,为保证涂层与
硬质合金基体位于金相显微镜观测的同一视平面
上 ,应使涂层制样面与硬质合金基体制样面处于同
一平面内。通过反复进行制样试验 ,发现以下制样
方法可获得较好制样效果 :首先用金刚石砂轮在机
01 工 具 技 术
床上对试样进行粗、精磨 ,然后将试样对镶在硫磺
中 ,用抛光机和金刚石研磨膏对其进行精抛光。磨
削试样时 ,可使用树脂结合剂碗形金刚石砂轮 (粒度
在 320 # 、M20、M14 范围内) ,为反映涂层的真实厚
度 ,磨削后的涂层制样面与涂层表面应保持垂直 ;根
据前序磨削表面质量情况 ,可选用粒度为 M5 或 M1
的金刚石研磨膏对试样进行研磨和抛光。图 1 和图
2 分别为采用上述方法制备试样的单一涂层和复合
涂层形貌。
图 1 单一涂层形貌 (746 ×)
图 2 复合涂层形貌 (746 ×)
3 涂层形貌的观测与分析
将制备好的涂层金相试样置于金相显微镜下进
行高倍观测 (1000~1500 倍) 。在显微镜视场内可观
察到试样断面是由表面涂层、过渡区和硬质合金基
体三部分组成 (见图 3) 。
3. 1 过渡层 (中间层)的金相分析
1. 涂层部分 (表面层) 2. 过渡区 (η相中间层) 3. 硬质合金基体
图 3 试样断面形貌 (746 ×)
对制备的试样进行高倍观测时 ,有时会发现在
涂层与基体之间存在一连续带状 (或断续)的白亮色
狭窄区域。用赤血盐和氢氧化钠水溶液侵蚀后 ,该
区域的颜色转变由橙色 →深褐色 →黑色 ,这是η相
WxCoxC的典型特征之一 ,通常工业合金缺碳时都会
出现η1 相 ,它的存在对涂层合金的使用性能有很大
影响 (目前对η1 相所起作用尚有不同看法 ,限于篇
幅 ,本文不作论述) 。总之 ,在观测试样时 ,对过渡层
进行金相分析是必不可少的步骤。图 4、图 5 分别
为无过渡层和有过渡层 (呈均匀带状)的涂层组织。
图 4 无过渡层的涂层组织 (746 ×)
图 5 有过渡层的涂层组织 (746 ×)
3. 2 涂层显微结构的显现与形貌观测
由于涂层为极薄的单层或多层膜 ,因此显现其
显微结构时需特别仔细。对于不同材料的涂层 ,需
要采用不同的试剂进行侵蚀显现。
(1)碳化钛涂层的显现
将抛光后的碳化钛涂层试样用 10 %K3Fe (CN) 6
+ 10 %NaOH 水溶液侵蚀 20~30 秒钟后 ,即可在金
相显微镜下对其显微结构进行高倍观测 (见图 6) 。
(2)氮化钛、碳氮化钛涂层的显现
对于氮化钛、碳氮化钛 (或碳化钛)涂层试样 ,均
可采用 10ml 硝酸 + 10ml 氢氟酸 + 10ml 水的混合溶
液滴蚀 15~30 秒钟后进行显现 ,在金相显微镜下高
倍观测到的显微结构见图 7。
112002 年第 36 卷№5
图 6 碳化钛涂层的显微结构 (746 ×)
图 7 氮化钛、碳氮化钛 (或碳化钛)涂层的显微结构 (746 ×)
(3)复合涂层的显现
对于复合涂层 ,应视具体的涂层种类 ,采用分段
侵蚀方法对其显微结构进行显现 ,然后在金相显微
镜下进行形貌观测。
4 涂层缺陷的观测
当表面涂层工艺出现某些问题时 ,涂层表面会
产生各种缺陷。图 8~11 为几种常见的涂层缺陷。
图 8 涂层上出现裂纹 (746 ×)
图 9 涂层上出现裂纹和凸起 (746 ×)
图 10 涂层上出现孔洞和凸起 (746 ×)
图 11 涂层上出现凸起 (746 ×)
5 涂层和过渡层的厚度测量
试验证明 ,涂层 (表面层)和过渡层 (中间层)的厚
度对硬质合金涂层刀片的性能影响很大。因此 ,对试
样各层厚度进行测量对于分析涂层性能十分重要。
涂层厚度是指从涂层表面到涂层与过渡层 (或
基体)交界面之间的距离。过渡层 (亦称脱碳层) 厚
度是指从涂层与过渡层的交界面到过渡层与基体的
交界面之间的距离。涂层厚度一般约为几微米~20
微米。对于复合涂层则需要分别测量各层厚度。测
量涂层厚度的传统方法是利用金相显微镜的目镜测
微尺进行测量 ,但该方法的测量精度较差 ,操作也较
为烦琐。目前已可采用图象分析系统 (如四川大学
智胜公司产品)进行测量 ,该方法操作便捷 ,测量精
度较高。此外 ,该系统具有多次拍照合成图象功能 ,
可解决涂层制样面微小不同焦的问题。
第一作者 : 胡希川 ,高级工程师 ,成都工具研究所 ,
610051 成都市府青路二段 24 号
编辑 :张 宪
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21 工 具 技 术