(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(10)授權(quán)公告號CN120082830B(65)同一申請的已公布的文獻(xiàn)號(73)專利權(quán)人方大控股有限公司地址325612浙江省溫州市樂清市芙蓉鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)(72)發(fā)明人卓偉林捷周雪迪薛方珠俞曉許振旭(74)專利代理機(jī)構(gòu)溫州知遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)33262專利代理師湯時達(dá)US2012065052A1,20審查員南林一種耐磨合金涂層鉆頭及其制備方法本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨合金涂層鉆頭及其制備方法。該鉆頭采用多層復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)，包含底層合金粉末和改性粉末經(jīng)等離子噴涂與激光重熔形成底層涂層，頂層合金粉末經(jīng)噴涂重熔形成頂層涂層。改性粉末通過尿素/硝酸鈷六水合物煅燒制備，本發(fā)明通過引入多層涂層結(jié)構(gòu)以及改性粉末，優(yōu)化了鉆頭涂層的21.一種耐磨合金涂層鉆頭，其特征在于，包括鉆頭和表面涂層；所述表面涂層由底層合金粉末和改性粉末依次噴涂在鉆頭切削部位，經(jīng)激光重熔處理后，得到底層涂層，再由頂層合金粉末噴涂在底層涂層表面，經(jīng)光重熔處理和真空熱處理得到；所述底層合金粉末按重量份數(shù)計，由以下原料制備得到：50-60份碳化鎢、30-40份鈷粉和5-15份碳化鉻；所述頂層合金粉末按重量份數(shù)計，由以下原料制備得到：50-60份碳化鎢、30-40份鉬粉和5-15份碳化鉻；所述改性粉末的制備方法如下：將尿素和硝酸鈷六水合物加入無水乙醇中，攪拌20-轉(zhuǎn)速250-350rpm,球磨時間4-6h,得到改性粉末；所述尿素、硝酸鈷六水合物和無水乙醇的重量比為50-70:3-7:80-120。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨合金涂層鉆頭，其特征在于，所述碳化鎢的平均粒徑為200-300目；所述鈷粉的平均粒徑為250-350目；所述鉬粉的平均粒徑為250-350目；所述碳化鉻的平均粒徑為300-500目。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨合金涂層鉆頭，其特征在于，所述鉆頭在噴涂之前通過以下步驟預(yù)處理：將鉆頭基體放入35-45kHz超聲波清洗機(jī)中，使用丙酮浸泡處理10-20min,再采用100-150目棕剛玉砂，在0.5-0.7MPa氣壓下對鉆頭切削部位進(jìn)行25-35s噴砂處理，最后4.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的耐磨合金涂層鉆頭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)合金粉末配制(2)等離子噴涂和激光重熔處理將底層合金粉末噴涂在鉆頭切削部位，涂層厚度控制在45-55μm,再噴涂改性粉末涂層厚度控制在15-25μm,然后進(jìn)行掃描重熔末噴涂在底層涂層表面，涂層厚度控制在90-110μm,然后進(jìn)行掃描重熔，重熔后空冷至室(3)真空熱處理將包含底層涂層和頂層涂層的鉆頭置于真空爐中，以10-20℃/min升溫至950-1000℃,保溫25-35min,通入氬氣冷卻至200℃后出爐，得到耐磨合金涂層鉆頭。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐磨合金涂層鉆頭的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中球磨的轉(zhuǎn)速為180-220rpm,時間為1.5-2.5h。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐磨合金涂層鉆頭的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中噴涂的主氣流量為40-50L/min,輔氣流量為10-15L/min,電流為500-700A,電壓為65-75V,噴涂距離為100-150m;所述主氣為氬氣，輔氣為氫氣。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐磨合金涂層鉆頭的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中底層涂層的掃描重熔的功率為650-750W,光斑直徑為0.6-1mm,掃描速度為10-15mm/s,搭接率為40-42%。2/2頁2/2頁38.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐磨合金涂層鉆頭的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中頂層涂層的掃描重熔的功率為750-950W,光斑直徑為0.6-1mm,掃描速度為10-15mm/s,搭接率為40-42%。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐磨合金涂層鉆頭的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中真空熱處理的真空度為4×10?3-6×10?3Pa。4一種耐磨合金涂層鉆頭及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐磨合金涂層鉆頭及其制備方法。背景技術(shù)[0002]隨著工業(yè)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，以及材料加工對工藝要求的不斷提高，鉆頭成為機(jī)械加工中不可或缺的重要工具。在機(jī)械制造、航空航天、汽車制造等高端制造行業(yè)中，鉆頭被廣泛用于金屬材料的鉆孔、切削和加工。然而，由于加工材料的強(qiáng)度和硬度具有一定挑戰(zhàn)性，鉆頭在實(shí)際使用過程中，極易受到高溫、高壓及高速切削條件下的磨損和疲勞破壞。因此，提高鉆頭的耐磨性、切削效率及使用壽命已成為行業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。[0003]傳統(tǒng)鉆頭通常由高速鋼(HSS)或硬質(zhì)合金材料制成，盡管高速鋼由于其優(yōu)秀的韌性和可加工性適用于廣泛的加工環(huán)境，但其抗磨損性能較差，容易因摩擦熱的作用而軟化或快速磨損，而硬質(zhì)合金鉆頭雖然具備較高的硬度和耐磨性，但由于其脆性限制了使用環(huán)境和工況。此外，這兩種鉆頭在加工過程中，尤其是在高強(qiáng)度和高硬鋼、耐熱合金等)上的應(yīng)用中，常常因切削部位的快速磨損、表面涂層剝落或韌性不足而導(dǎo)致失效。因此，為了進(jìn)一步提高鉆頭的綜合性能，越來越多地研究將表面工程技術(shù)應(yīng)用在高性能鉆頭的制備過程中。[0004]在當(dāng)前的表面工程技術(shù)中，涂層法逐漸成為改善鉆頭性能的重要工藝手段，通過在基體表面施加抗磨涂層，可以有效增強(qiáng)鉆頭的耐磨性、抗沖擊性和高溫穩(wěn)定性等性能。然而，目前常用的涂層由于涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度較低，界面應(yīng)力分布不均，加工過程中涂層剝落現(xiàn)象較為嚴(yán)重，導(dǎo)致涂層的抗剝落能力受到極大的限制。另外，傳統(tǒng)涂層工藝中的單純硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)技術(shù)，雖然能夠賦予涂層較高的硬度，但由于涂層內(nèi)部的應(yīng)力集中以及與基體之間不匹配的物理性能，容易導(dǎo)致涂層在切削負(fù)荷或熱沖擊作用下出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展，從而縮短鉆頭的使用壽命。因此，如何實(shí)現(xiàn)涂層與基體之間的高質(zhì)量結(jié)合，并優(yōu)化涂層的內(nèi)部應(yīng)力分布，成為影響涂層性能提升的關(guān)鍵問題。發(fā)明內(nèi)容[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種耐磨合金涂層鉆頭及其制備方法，以解決現(xiàn)有鉆頭涂層存在耐磨性不足、界面結(jié)合強(qiáng)度低及應(yīng)力分布不均的問題，導(dǎo)致切削刃口過早磨損和涂層剝落，嚴(yán)重影響鉆頭使用壽命的問題。[0006]基于上述目的，本發(fā)明提供了一種耐磨合金涂層鉆頭，包括鉆頭和表面涂層；所述表面涂層由底層合金粉末和改性粉末依次噴涂在鉆頭切削部位，經(jīng)激光重熔處理后，得到底層涂層，再由頂層合金粉末噴涂在底層涂層表面，經(jīng)光重熔處理和真空熱處理得到。[0007]進(jìn)一步的，所述底層合金粉末按重量份數(shù)計，由以下原料制備得到：50-60份碳化[0008]進(jìn)一步的，所述頂層合金粉末按重量份數(shù)計，由以下原料制備得到：50-60份碳化鎢、30-40份鉬粉和5-15份碳化鉻。5[0009]優(yōu)選的，所述碳化鎢的平均粒徑為200-300目；所述鈷粉的平均粒徑為250-350目；所述鉬粉的平均粒徑為250-350目；所述碳化鉻的平均粒徑為300-500目。[0010]進(jìn)一步的，所述改性粉末的制備方法如下：將尿素和硝酸鈷六水合物加入無水乙醇中，攪拌20-40min,真空干燥，再于氮?dú)鈿夥障拢郎氐?30-570℃,煅燒1.8-2.2h,隨爐冷卻，球磨，球磨轉(zhuǎn)速250-350rpm,球磨時間4-6h,得到改性粉末；所述尿素、硝酸鈷六水合物和無水乙醇的重量比為50-70:3-7:80-120。[0011]進(jìn)一步的，所述鉆頭在噴涂之前通過以下步驟預(yù)處理：將鉆頭基體放入35-45kHz超聲波清洗機(jī)中，使用丙酮浸泡處理10-20min,再采用100-150目棕剛玉砂，在0.5-0.7MPa氣壓下對鉆頭切削部位進(jìn)行25-35s噴砂處理，最后用去離子水沖洗，熱風(fēng)干燥，得到預(yù)處理鉆頭。[0012]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種耐磨合金涂層鉆頭的制備方法，包括以下步驟：[0013](1)合金粉末配制[0014]將碳化鎢、鈷粉、碳化鉻加入無水乙醇中，球磨混合，真空干燥，得到底層合金粉[0015](2)等離子噴涂和激光重熔處理[0016]將底層合金粉末噴涂在鉆頭切削部位，涂層厚度控制在45-55μm,再噴涂改性粉末涂層厚度控制在15-25μm,然后進(jìn)行掃描重熔，重熔后金粉末噴涂在底層涂層表面，涂層厚度控制在90-110μm,然后進(jìn)行掃描重熔，重熔后空冷至[0018]將包含底層涂層和頂層涂層的鉆頭置于真空爐中，以10-20℃/min升溫至950-1000℃,保溫25-35min,通入氬氣冷卻至200℃后出爐，得到耐磨合金涂層鉆頭。[0019]優(yōu)選的，所述步驟(1)中球磨的轉(zhuǎn)速為180-220rpm,時間為1.5-2.5h。[0020]優(yōu)選的，所述步驟(2)中噴涂的主氣流量為40-50L/min,輔氣流量為10-15L/min,電流為500-700A,電壓為65-75V,噴涂距離為100-150mm。[0022]優(yōu)選的，所述步驟(2)中底層涂層的掃描重熔的功率為650-750W,光斑直徑為0.6-1mm,掃描速度為10-15mm/s,搭接率為40-42%。[0023]優(yōu)選的，所述步驟(2)中頂層涂層的掃描重熔的功率為750-950W,光斑直徑為0.6-1mm,掃描速度為10-15mm/s,搭接率為40-42%。[0024]優(yōu)選的，所述步驟(③)中真空熱處理的真空度為4×10?3-6×1[0025]本發(fā)明的有益效果：[0026]本發(fā)明通過引入多層涂層結(jié)構(gòu)以及改性粉末，大幅提升鉆頭的綜合性能。改性粉末中的成分可促進(jìn)納米管的定向生長及碳化物網(wǎng)絡(luò)的形成，從而顯著增強(qiáng)鉆頭涂層內(nèi)部的機(jī)械錨定效應(yīng)和界面冶金結(jié)合強(qiáng)度。這種高強(qiáng)度結(jié)合不僅可以有效抑制裂紋在界面處的擴(kuò)展，還能提高鉆頭涂層的穩(wěn)定性，使其在高壓、高速切削環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗剝落能力。分層設(shè)計的鉆頭涂層結(jié)構(gòu)能夠優(yōu)化應(yīng)力傳遞路徑，降低應(yīng)力集中區(qū)域的負(fù)荷，有效延長涂層的使用壽命。[0027]本發(fā)明通過激光重熔處理實(shí)現(xiàn)了鉆頭涂層的致密化和均勻化，減少了潛在缺陷的6形成，并使梯度涂層實(shí)現(xiàn)理想的銜接，進(jìn)一步提升了抗磨損性能。配合合理的熱處理工藝，鉆頭涂層的韌性與硬度得以平衡，能夠滿足復(fù)雜工況下的高耐久需求。此外，改性粉末中的活性組分在重熔過程中可轉(zhuǎn)變?yōu)殁捇衔锖褪季W(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提升了鉆頭涂層的韌性和強(qiáng)度。這一優(yōu)化的工藝設(shè)計顯著改善了鉆頭的切削效率，使鉆頭具備優(yōu)異的穩(wěn)定性和具體實(shí)施方式[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0029]實(shí)施例1:改性粉末的制備[0030]將50g尿素和3g硝酸鈷六水合物加入80g無水乙醇中，攪拌20min,真空干燥，再于氮?dú)鈿夥障?，升溫?30℃,煅燒1.8h,隨爐冷卻，球磨，球磨轉(zhuǎn)速250rpm,球磨時間4h,得到改性粉末。[0031]實(shí)施例2:改性粉末的制備[0032]將60g尿素和5g硝酸鈷六水合物加入100g無水乙醇中，攪拌30min,真空干燥，再于氮?dú)鈿夥障?，升溫?50℃,煅燒2h,隨爐冷卻，球磨，球磨轉(zhuǎn)速300rpm,球磨時間5h,得到改性粉末。[0033]實(shí)施例3:改性粉末的制備[0034]將70g尿素和7g硝酸鈷六水合物加入120g無水乙醇中，攪拌40min,真空干燥，再于氮?dú)鈿夥障?，升溫?70℃,煅燒2.2h,隨爐冷卻，球磨，球磨轉(zhuǎn)速350rpm,球磨時間6h,得到改性粉末。[0035]實(shí)施例4:耐磨合金涂層鉆頭的制備[0037]將高速鋼鉆頭基體放入35kHz超聲波清洗機(jī)中，使用丙酮浸泡處理10min,再采用100目棕剛玉砂，在0.5MPa氣壓下對鉆頭切削部位進(jìn)行25s噴砂處理，最后用去離子水沖洗，[0039]將50g碳化鎢(平均粒徑250目)、30g鈷粉(平均粒徑300目)、5g碳化鉻(平均粒徑400目)加入250g無水乙醇中，球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速180rpm,球磨時間1.5h,真空干燥，得到底層合金粉末；[0040]取50g碳化鎢(平均粒徑250目)、30g鉬粉(平均粒徑200目)、5g碳化鉻(平均粒徑400目)加入250g無水乙醇中，球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速180rpm,球磨時間1.5h,真空干燥，得到頂層合金粉末；[0042]將底層合金粉末和改性粉末裝入送粉器，設(shè)置噴涂參數(shù)：主氣(Ar)流量40L/min,輔氣(H?)流量10L/min,電流500A,電壓65V,噴涂距離100mm,對預(yù)處理鉆頭切削部位先噴涂底層合金粉末，涂層厚度控制在45μm,再m,然后采用光纖激光器對涂層進(jìn)行掃描重熔，功率650W,光斑直徑0.6mm,掃描速度10mm/s,搭接率40%,重熔后空冷至室溫，得到底層涂層；7[0043]將頂層合金粉末裝入送粉器，設(shè)置噴涂參數(shù)：主氣(Ar)流量40L/min,輔氣(H?)流量10L/min,電流500A,電壓65V,噴涂距離100mm,對底層涂層表面進(jìn)行噴涂，涂層厚度控制在90μm,采用光纖激光器對涂層進(jìn)行掃描重熔，功率750W,光斑直徑0.6mm,掃描速度10mm/s,搭接率40%,重熔后空冷至室溫，得到頂層涂層；[0045]將包含底層涂層和頂層涂層的鉆頭置于真空爐(真空度4×10?3Pa)中，以10℃/min升溫至950℃,保溫25min,通入氬氣冷卻至200℃后出爐，得到耐磨合金涂層鉆頭。[0046]實(shí)施例5:耐磨合金涂層鉆頭的制備[0048]將高速鋼鉆頭基體放入40kHz超聲波清洗機(jī)中，使用丙酮浸泡處理15min,再采用120目棕剛玉砂，在0.6MPa氣壓下對鉆頭切削部位進(jìn)行30s噴砂處理，最后用去離子水沖洗，[0050]將55g碳化鎢(平均粒徑250目)、35g鈷粉(平均粒徑300目)、10g碳化鉻(平均粒徑400目)加入300g無水乙醇中，球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速200rpm,球磨時間2h,真空干燥，得到底層合金粉末；[0051]取55g碳化鎢(平均粒徑250目)、35g鉬粉(平均粒徑200目)、10g碳化鉻(平均粒徑400目)加入300g無水乙醇中，球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速200rpm,球磨時間2h,真空干燥，得到頂層合金粉末；[0052]步驟三：等離子噴涂和激光重熔處理[0053]將底層合金粉末和改性粉末裝入送粉器，設(shè)置噴涂參數(shù)：主氣(Ar)流量45L/min,輔氣(H?)流量12L/min,電流600A,電壓70V,噴涂距離120mm,對預(yù)處理鉆頭切削部位先噴涂底層合金粉末，涂層厚度控制在50μm,再噴涂實(shí)施例2制備的改性粉末，涂層厚度控制在20μm,然后采用光纖激光器對涂層進(jìn)行掃描重熔，功率700W,光斑直徑0.8mm,掃描速度12mm/s,搭接率40%,重熔后空冷至室溫，得到底層涂層；[0054]將頂層合金粉末裝入送粉器，設(shè)置噴涂參數(shù)：主氣(Ar)流量45L/min,輔氣(H?)流量12L/min,電流600A,電壓70V,噴涂距離120mm,對底層涂層表面進(jìn)行噴涂，涂層厚度控制在100μm,采用光纖激光器對涂層進(jìn)行掃描重熔，功率900W,光斑直徑0.8mm,掃描速度12mm/s,搭接率40%,重熔后空冷至室溫，得到頂層涂層；[0056]將包含底層涂層和頂層涂層的鉆頭置于真空爐(真空度5×10?3Pa)中，以15℃/min升溫至980℃,保溫30分鐘，通入氬氣冷卻至200℃后出爐，得到耐磨合金涂層鉆頭。[0057]實(shí)施例6:耐磨合金涂層鉆頭的制備[0059]將高速鋼鉆頭基體放入45kHz超聲波清洗機(jī)中，使用丙酮浸泡處理20min,再采用150目棕剛玉砂，在0.7MPa氣壓下對鉆頭切削部位進(jìn)行35s噴砂處理，最后用去離子水沖洗，[0061]將60g碳化鎢(平均粒徑250目)、40g鈷粉(平均粒徑300目)、15g碳化鉻(平均粒徑8400目)加入350g無水乙醇中，球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速220rpm,球磨時間2.5h,真空干燥，得到底層合金粉末；[0062]取60g碳化鎢(平均粒徑250目)、40g鉬粉(平均粒徑200目)、15g碳化鉻(平均粒徑400目)加入350g無水乙醇中，球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速220rpm,球磨時間2.5h,真空干燥，得到頂層合金粉末；[0064]將底層合金粉末和改性粉末裝入送粉器，設(shè)置噴涂參數(shù)：主氣(Ar)流量50L/min,輔氣(H?)流量15L/min,電流700A,電壓75V,噴涂距離150mm,對預(yù)處理鉆頭切削部位先噴涂底層合金粉末，涂層厚度控制在55μm,再m,然后采用光纖激光器對涂層進(jìn)行掃描重熔，功率750W,光斑直徑1mm,掃描速度15mm/s,搭接率42%,重熔后空冷至室溫，得到底層涂層；[0065]將頂層合金粉末裝入送粉器，設(shè)置噴涂參數(shù)：主氣(Ar)流量50L/min,輔氣(H?)流量15L/min,電流700A,電壓75V,噴涂距離150mm,對底層涂層表面進(jìn)行噴涂，涂層厚度控制在110μm,采用光纖激光器對涂層進(jìn)行掃描重熔，功率950W,光斑直徑1mm,掃描速度15mm/s,搭接率42%,重熔后空冷至室溫，得到頂層涂層；[0067]將包含底層涂層和頂層涂層的鉆頭置于真空爐(真空度6×10?3Pa)中，以20℃/min升溫至1000℃,保溫35min,通入氬氣冷卻至200℃后出爐，得到耐磨合金涂層鉆頭。[0069]對比例1與實(shí)施例5的區(qū)別在于：步驟三中沒有噴涂改性粉末；[0071]對比例2與實(shí)施例5的區(qū)別在于：步驟三中沒有噴涂改性粉末，將改性粉末添加到底層合金粉末中，添加量為40g;[0072]對比例3:[0073]對比例2與實(shí)施例5的區(qū)別在于：步驟三中沒有噴涂改性粉末，將改性粉末添加到頂層合金粉末中，添加量為20g;[0074]對比例4:[0075]對比例4與實(shí)施例5的區(qū)別在于：改性粉末中沒有添加硝酸鈷六水合物；[0076]對比例5:[0077]對比例5與實(shí)施例5的區(qū)別在于：底層涂層掃描重鑄的功率為900W;[0079]耐磨性能測試：依據(jù)GB/T12444-2006進(jìn)行環(huán)塊磨損試驗(yàn)，在MM-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上與GCr15鋼對磨環(huán)(HRC62-64)配對，設(shè)置試驗(yàn)載荷200N,轉(zhuǎn)速400rpm,持續(xù)時間30min,采用電子天平測量磨損量，結(jié)果如表1所示。[0080]涂層結(jié)合強(qiáng)度測試：按照GB/T8642-2002標(biāo)準(zhǔn)，采用劃痕法測定結(jié)合強(qiáng)度。使用WS-2005型劃痕試驗(yàn)機(jī)，金剛石壓頭錐角120°,半徑0.2mm。劃痕長度5mm,加載速率100N/min,臨界載荷取聲發(fā)射信號突變時的最小載荷值，測試前用丙酮清洗試樣表面，測試環(huán)境溫度(25±2)℃,相對濕度≤60%,結(jié)果如表1所示。[0081]切削性能測試：在CA6140型車床上進(jìn)行端面鉆孔試驗(yàn)。使用45鋼試件