本發(fā)明涉及一種涂層硬質(zhì)合金基體及其制備方法，屬于粉末冶金復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

涂層硬質(zhì)合金由硬質(zhì)合金基體和涂層兩部分組成，涂層硬質(zhì)合金基體是指用作涂層硬質(zhì)合金的專用基體，簡(jiǎn)稱硬質(zhì)合金基體。硬質(zhì)合金基體與涂層界面處原子之間的結(jié)合狀態(tài)(即共格、半共格和非共格)及其穩(wěn)定性，對(duì)硬質(zhì)合金基體與涂層之間的膜基結(jié)合力及其穩(wěn)定性具有很大影響。提高膜基結(jié)合力及其穩(wěn)定性是提高涂層硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的重要手段。由于晶格間距不匹配、非同步形核、合金粘結(jié)相晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、界面微觀組織結(jié)構(gòu)不均勻、界面缺陷、內(nèi)應(yīng)力等原因，硬質(zhì)合金基體與涂層界面處原子之間的結(jié)合通常是以非共格形式存在。

現(xiàn)有涂層硬質(zhì)合金基體，主要有WC–Co(YG)和WC–(W,Ti)C–(Ta,Nb)C–Co(YW)等材質(zhì)。從表征合金成分的角度，YW合金基本成分可用WC–TiC–TaC–NbC–Co表示。YG和YW硬質(zhì)合金由硬質(zhì)相和Co基粘結(jié)相組成，合金中WC硬質(zhì)相的晶粒度與WC原料粒度密切相關(guān)。通過原料WC粒度的選擇，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)合金中WC晶粒度的調(diào)控。

金屬氮化物是涂層硬質(zhì)合金中涂層部分最常見的材質(zhì)。金屬氮化物通常為立方晶體結(jié)構(gòu)，因具有高硬度、高耐磨性、優(yōu)異的高溫抗氧化性能、高化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性以及良好的耐腐蝕性能，除用作切削刀具的表面改性外，還廣泛應(yīng)用于高溫、潮濕、高鹽度等各種復(fù)雜服役工況條件下工具的表面防護(hù)。作為典型的金屬氮化物，AlTiN、TiSiN、AlCrN是目前較常用的商業(yè)化涂層。上述金屬氮化物通常具有與AlN或TiN相同的晶體結(jié)構(gòu)，其它合金元素通常固溶在AlN或TiN晶格中，形成固溶體。對(duì)AlTiN，當(dāng)其中Ti的原子分?jǐn)?shù)高于Al時(shí)，則形成TiN的晶體結(jié)構(gòu)；當(dāng)其中Al的原子分?jǐn)?shù)高于Ti時(shí)，則形成AlN的晶體結(jié)構(gòu)。

關(guān)于如何提高涂層膜基結(jié)合力已有許多報(bào)道，如張立等報(bào)道了“一種硬質(zhì)合金及提高其PVD涂層膜基結(jié)合力的方法”(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01410376915.2)，提出了一種基于改善金屬氮化物涂層的形核條件及其形核均質(zhì)性，從而增強(qiáng)膜基結(jié)合力和增強(qiáng)膜基結(jié)合力穩(wěn)定性的有效方法。

本發(fā)明人在繼續(xù)研究有效提高涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，即膜基結(jié)合力時(shí)，發(fā)現(xiàn)目前沒有基于硬質(zhì)合金基體中硬質(zhì)相和粘結(jié)相晶格常數(shù)與其表面直接接觸的涂層物相之間晶格常數(shù)匹配度調(diào)控及其調(diào)控有效性保障技術(shù)原理的報(bào)道。同時(shí)發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在涂層與基體結(jié)合界面位置，形成共格或半共格界面，尤其是形成共格界面，可有效提高膜基結(jié)合力。同時(shí)發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在合金中同時(shí)添加適量的Mo₂C和Ru，能顯著降低硬質(zhì)合金基體物相與涂層物相之間的晶格失配度?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)以及一系列的實(shí)驗(yàn)，發(fā)明人找到了有效提高涂層膜基結(jié)合力的另一途徑，進(jìn)而得出了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種涂層硬質(zhì)合金基體。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種涂層硬質(zhì)合金基體的制備方法，以有效提高涂層硬質(zhì)合金的膜基結(jié)合力及其穩(wěn)定性，延長(zhǎng)涂層硬質(zhì)合金的使用壽命。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述硬質(zhì)合金基體是基于涂層與基體間膜基界面處物相晶格失配度調(diào)控及其調(diào)控有效性保障的合金材質(zhì)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)而成。所述硬質(zhì)合金基體與其表面涂層結(jié)合后，具有高膜基結(jié)合力的特征，膜基界面處穩(wěn)定存在晶格失配度|δ|＝(a_s–a_c)/a_c＜5～25％的共格和/或半共格界面，其中|δ|為晶格失配度，a_s為基體物相中晶面A的晶面間距，a_c為涂層物相中晶面B的晶面間距。所述晶面A與晶面B呈外延生長(zhǎng)關(guān)系。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述硬質(zhì)合金基體材質(zhì)為WC–Co基硬質(zhì)合金；所述WC–Co基硬質(zhì)合金中同時(shí)含有Mo₂C和Ru合金添加劑；所述WC–Co基硬質(zhì)合金中WC基硬質(zhì)相的晶粒度＜1.5μm，Co基粘結(jié)相的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)；與所述基體相匹配的涂層為含金屬氮化物的涂層。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，通過同時(shí)添加于WC–Co基合金中的Mo₂C和Ru在燒結(jié)過程中形成固溶體，分別對(duì)WC基硬質(zhì)相和Co基粘結(jié)相晶格常數(shù)進(jìn)行調(diào)控，促進(jìn)涂層薄膜形核，穩(wěn)定膜基界面物相晶體結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)膜基界面處物相晶格失配度的有效調(diào)控。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述WC–Co基硬質(zhì)合金中Mo₂C與Co質(zhì)量比為(10～15):100，Ru與Co質(zhì)量比為(10～15):100。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述WC–Co基硬質(zhì)合金包括YG合金和YW合金；所述YG合金中，除Mo₂C和Ru外，其它合金添加劑總量與合金總量的質(zhì)量比＜2:100。

作為優(yōu)選方案，所述YW合金為含TiC–TaC–NbC的WC–Co基硬質(zhì)合金，除Mo₂C和Ru外，其它合金添加劑總量與合金總量的質(zhì)量比＞2:100。所述其它合金添加劑包括TiC、TaC、NbC等。

作為優(yōu)選方按，本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述YG合金包括超細(xì)晶YG硬質(zhì)合金。進(jìn)一步優(yōu)選為含Cr、V等晶粒生長(zhǎng)抑制劑的超細(xì)晶YG硬質(zhì)合金。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述含金屬氮化物的涂層包括單層和多層涂層；無論是單層還是多層涂層，與所述基體直接結(jié)合的涂層材質(zhì)為金屬氮化物。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述與基體直接結(jié)合的金屬氮化物具有與AlN或TiN相同的晶體結(jié)構(gòu)。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述金屬氮化物包括AlTiN、TiSiN、AlCrN中至少一種。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體，所述WC–Co基硬質(zhì)合金，其WC基硬質(zhì)相和Co基粘結(jié)相中均存在與N元素能夠形成化合物并促進(jìn)金屬氮化物形核的Mo元素，其Co基粘結(jié)相中含有能將Co基粘結(jié)相由面心立方高溫結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕降蜏亟Y(jié)構(gòu)的溫度提高到≥900℃的Ru元素。Mo元素和Ru元素的同時(shí)加入，對(duì)膜基界面處物相晶格失配度的有效調(diào)控起到了保障作用。采用所述WC–Co基硬質(zhì)合金作為涂層基體，能實(shí)現(xiàn)在其表面涂覆金屬氮化物涂層后，穩(wěn)定存在WC基硬質(zhì)相與涂層物相界面處晶格失配度＜5～25％的共格和/或半共格界面，穩(wěn)定存在Co基粘結(jié)相與涂層物相界面處晶格失配度＜5～25％的共格和/或半共格界面。所述晶格失配度的表達(dá)式為|δ|＝(a_s–a_c)/a_c，其中|δ|為晶格失配度，a_s為基體物相中晶面A的晶面間距，a_c為涂層物相中晶面B的晶面間距。所述晶面A與晶面B呈外延生長(zhǎng)關(guān)系。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體的制備方法，其實(shí)施方案為：按設(shè)計(jì)組分配取各原料，將配取的原料在球磨機(jī)中濕磨混合均勻后依次進(jìn)行混合料干燥制粒，壓制成形，燒結(jié)，得到所述涂層硬質(zhì)合金基體；所述燒結(jié)的最后保溫?zé)Y(jié)階段由真空保溫?zé)Y(jié)和含CO加壓保溫?zé)Y(jié)兩步組成；燒結(jié)工序中，最后保溫?zé)Y(jié)階段的溫度＞1360℃。

所述燒結(jié)工藝是基于膜基界面處物相晶格失配度調(diào)控有效性保障的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)而成。

作為優(yōu)選方案，最后保溫?zé)Y(jié)階段由真空保溫?zé)Y(jié)和含CO加壓保溫?zé)Y(jié)兩步組成；所述最后保溫?zé)Y(jié)階段是指燒結(jié)的最高溫度階段；所述燒結(jié)最高溫度階段的溫度＞1360℃。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體的制備方法，所述含CO加壓保溫?zé)Y(jié)是指，真空保溫?zé)Y(jié)完成后，在壓力燒結(jié)爐內(nèi)同時(shí)通入CO和Ar進(jìn)行加壓燒結(jié)；所通入CO氣體總量通過CO的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行控制，CO氣體的充入體積與壓力燒結(jié)爐膛總體積比為(1～3):100；所通入Ar氣的總量通過壓力燒結(jié)爐內(nèi)總壓力進(jìn)行控制，通過后續(xù)Ar氣的繼續(xù)補(bǔ)充，使壓力燒結(jié)爐內(nèi)總壓力＞5MPa。

本發(fā)明一種涂層硬質(zhì)合金基體的制備方法，所述最后保溫?zé)Y(jié)階段，控制真空保溫?zé)Y(jié)時(shí)間≥20min，控制同時(shí)含CO和Ar氣、且爐內(nèi)總壓力達(dá)到＞5MPa的保溫?zé)Y(jié)時(shí)間≥40min。

燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力和保溫時(shí)間的協(xié)同作用，不僅能促進(jìn)Mo、Ru合金添加劑在合金中的擴(kuò)散均勻化，而且可以促進(jìn)Mo在WC和Co中的溶解和后續(xù)固溶體的形成，同時(shí)還能促進(jìn)Ru在Co中的溶解和后續(xù)固溶體的形成；適量CO的存在，可以防止Co在合金燒結(jié)體表面的富集。在本發(fā)明中，一旦不采用同時(shí)通入CO和Ar氣的方式，則會(huì)導(dǎo)致所得產(chǎn)品用于制備涂層時(shí)，涂層的性能下降。

本發(fā)明所開發(fā)的基體，在制備涂層時(shí)，涂層的制備方法優(yōu)選為物理氣相沉積法。作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述物理氣相沉積法包括陰極電弧離子沉積法和磁控濺射沉積法。

本發(fā)明的機(jī)理及優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)述于下：

固溶體的晶格常數(shù)與組元間電負(fù)性差異、原子體積差異、異類原子間距、原子濃度等有關(guān)，晶格常數(shù)決定晶面間距。在硬質(zhì)合金液相燒結(jié)過程中，合金中的適量Mo通過在液態(tài)Co中溶解，隨后從液態(tài)Co中析出，進(jìn)而在WC中固溶。因形成含Mo原子的WC基固溶體，從而使WC基硬質(zhì)相晶格常數(shù)降低，從而縮小了WC基硬質(zhì)相與AlN或TiN基金屬氮化物物相晶格常數(shù)之間的差異，降低了晶格失配度。合金中適量的Ru通過在液態(tài)Co中溶解，在冷卻過程中形成Co基固溶體，從而增加了Co基固溶體粘結(jié)相的晶格常數(shù)，縮小了Co基固溶體粘結(jié)相與AlN或TiN基金屬氮化物物相晶格常數(shù)之間的差異，降低了晶格失配度。

本發(fā)明提供了一種基于膜基界面處物相晶格失配度調(diào)控及其調(diào)控有效性保障的合金材質(zhì)及其制備工藝的設(shè)計(jì)原理。通過在WC–Co基合金中同時(shí)添加Mo₂C和Ru，以及通過燒結(jié)工藝的調(diào)控，在高溫和壓力的雙重作用下，促進(jìn)Mo在WC和Co中的溶解和后續(xù)固溶體的形成，促進(jìn)Ru在Co中的溶解和后續(xù)固溶體的形成；通過WC基和Co基固溶體的形成，調(diào)整WC基硬質(zhì)相和Co基粘結(jié)相的晶格常數(shù)，控制Co基粘結(jié)相晶體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性，使其滿足WC基硬質(zhì)相與涂層物相界面處晶格失配度＜5～25％的條件，使其滿足Co基粘結(jié)相與涂層物相界面處晶格失配度＜5～25％的條件，即滿足形成共格和/或半共格界面的必要條件。

本發(fā)明利用Mo能夠同時(shí)在WC和Co中固溶，形成固溶體的特征，以及Mo能夠與N形成化合物，可以促進(jìn)金屬氮化物在合金基體表面同步快速形核的特性，降低金屬氮化物外延生長(zhǎng)時(shí)導(dǎo)致的晶格畸變，從而滿足形成共格和/或半共格界面的充分條件。

本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Co中固溶一定數(shù)量的Ru時(shí)，會(huì)產(chǎn)生合金化效應(yīng)，使Co基粘結(jié)相由面心立方高溫結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕降蜏亟Y(jié)構(gòu)的溫度提高到≥900℃，一方面可以確保無論是從化學(xué)氣相沉積溫度(通?！?00℃)冷卻到室溫過程中，還是從物理氣相沉積溫度(通?！?00℃)冷卻到室溫過程中，都不會(huì)發(fā)生Co基粘結(jié)相晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，避免因晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力的形成；另一方面可以確保硬質(zhì)合金基體中Co基粘結(jié)相為密排六方晶體結(jié)構(gòu)。與面心立方結(jié)構(gòu)相比，密排六方晶體結(jié)構(gòu)Co基粘結(jié)相與具有與AlN或TiN晶體結(jié)構(gòu)的金屬氮化物之間的晶格失配度顯著降低，從而滿足形成共格和/或半共格界面的必要條件。

同步快速形核和穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)對(duì)膜基界面處物相晶格失配度調(diào)控的有效性提供了前提保障。

本研究發(fā)現(xiàn)，在WC–Co合金中添加合金元素容易導(dǎo)致液相燒結(jié)過程中Co的表面遷移，從而導(dǎo)致合金燒結(jié)體表面形成隨機(jī)分布的富Co層。涂層前的各種表面處理難以完全祛除富Co層，從而導(dǎo)致合金基體與涂層界面出現(xiàn)結(jié)合界面組織結(jié)構(gòu)的不均質(zhì)性，從而導(dǎo)致膜基結(jié)合力的降低和膜基結(jié)合力的不穩(wěn)定性。

本研究發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)過程中過早或過量通入CO氣體，不利于合金微觀組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制；在液相燒結(jié)后期階段通入適量弱滲碳性CO氣體，可以有效抑制燒結(jié)體表面富Co層的形成，確保Mo₂C和Ru合金添加劑對(duì)膜基結(jié)合力的強(qiáng)化效果。

綜上所述，本發(fā)明所提供的一種涂層硬質(zhì)合金基體及其制備方法，可以有效提高金屬氮化物涂層與硬質(zhì)合金基體之間的膜基結(jié)合力，可以延長(zhǎng)涂層硬質(zhì)合金的使用壽命，適于工業(yè)化應(yīng)用，為進(jìn)一步提高涂層硬質(zhì)合金的綜合性能提供了一種可靠的解決方案。本發(fā)明提供的基于膜基界面處物相晶格失配度調(diào)控及其調(diào)控有效性保障的合金材質(zhì)及其制備工藝的設(shè)計(jì)原理同樣適應(yīng)于其他類型的涂層復(fù)合材料。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1中所制備WC–10Co–1.2Mo₂C–1.5Ru合金拋光截面的掃描電鏡照片；

圖2是實(shí)施例1中所制備WC–10Co–1.2Mo₂C–1.5Ru合金燒結(jié)體表面在真空環(huán)境中、920℃高溫下的X射線衍射圖譜及其分析結(jié)果；

圖3是實(shí)施例1中所制備WC–10Co–1.2Mo₂C–1.5Ru合金基體與Al_0.6Ti_0.4N涂層界面經(jīng)過反傅里葉變換后膜基共格界面的高分辨透射電鏡圖像；

圖4是對(duì)比例1中所制備WC–10Co合金燒結(jié)體表面在室溫下的X射線衍射圖譜及其分析結(jié)果；

圖5是實(shí)施例2中所制備WC–12Co–0.6Cr₃C₂–0.4VC–1.2Mo₂C–1.2Ru合金拋光截面的掃描電鏡照片；

圖6是實(shí)施例3中所制備WC–6Co–5TiC–6TaC–4NbC–0.9Mo₂C–0.78Ru合金拋光截面的掃描電鏡照片。

圖1中合金組織為WC基硬質(zhì)相+Co基粘結(jié)相兩相結(jié)構(gòu)，合金中WC基硬質(zhì)相的晶粒度為1.1μm。

圖2表明，合金中WC基硬質(zhì)相具有六方結(jié)構(gòu)，Co基粘結(jié)相具有密排六方結(jié)構(gòu)；圖中密排六方結(jié)構(gòu)Co的晶面指數(shù)采用三坐標(biāo)形式進(jìn)行標(biāo)注；三坐標(biāo)系(hkl)與四坐標(biāo)系(hkil)的轉(zhuǎn)化關(guān)系式為i＝–(h+k)。

圖3中膜基界面外延生長(zhǎng)關(guān)系為界面兩側(cè)處晶格失配度為3.2％，形成了共格界面。在此a代表晶面間距。

圖4表明，合金中WC硬質(zhì)相具有六方結(jié)構(gòu)，Co基粘結(jié)相具有面心立方結(jié)構(gòu)，合金為兩相結(jié)構(gòu)；面心立方結(jié)構(gòu)Co的晶面指數(shù)已在圖譜中進(jìn)行了標(biāo)注。

圖5中合金組織為WC基硬質(zhì)相+Co基粘結(jié)相兩相結(jié)構(gòu)，晶粒生長(zhǎng)抑制劑Cr、V存在于Co基粘結(jié)相中和WC/粘結(jié)相界面，未形成第三相；合金中WC基硬質(zhì)相的晶粒度為0.4μm。

圖6中合金組織為WC基硬質(zhì)相+(W,Ti,Ta,Nb)C硬質(zhì)相+Co基粘結(jié)相三相結(jié)構(gòu)，合金中WC基硬質(zhì)相的晶粒度為0.9μm。

圖1、圖5和圖6所示合金微觀結(jié)構(gòu)中，Mo在WC中固溶，WC基硬質(zhì)相為含Mo固溶體；合金中Ru在Co中固溶，Co基粘結(jié)相為含Ru固溶體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

選用商業(yè)用WC、Co、Mo₂C、Ru粉末為原料，按照WC–10Co–1.2Mo₂C–1.5Ru(數(shù)值代表質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％，下同)成分進(jìn)行配料。混合料濕磨工藝如下：采用4:1的球料比，48h的滾動(dòng)濕式球磨時(shí)間。對(duì)濕磨混合料進(jìn)行干燥制粒后，采用模壓成形工藝制備直徑為15mm，高度為4mm的圓柱體。采用含CO壓力燒結(jié)工藝對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)工序的最后保溫?zé)Y(jié)階段溫度為1430℃；在1430℃真空燒結(jié)保溫30min后，在壓力燒結(jié)爐內(nèi)同時(shí)通入CO和Ar進(jìn)行加壓燒結(jié)，其中CO氣體的充入體積與壓力燒結(jié)爐膛總體積比為1:100，通過后續(xù)Ar氣的繼續(xù)補(bǔ)充，使壓力燒結(jié)爐內(nèi)壓力達(dá)到5.6MPa，在5.6MPa壓力下保溫60min。合金拋光截面的掃描電鏡照片見圖1，合金組織為WC基硬質(zhì)相+Co基粘結(jié)相兩相結(jié)構(gòu)，合金中WC基硬質(zhì)相的晶粒度為1.1μm。合金燒結(jié)體表面在真空環(huán)境中、920℃高溫下的X射線衍射圖譜及其分析結(jié)果見圖2，合金中WC基硬質(zhì)相具有六方結(jié)構(gòu)，Co基粘結(jié)相具有密排六方結(jié)構(gòu)。由于Ru在Co中固溶的合金化作用，導(dǎo)致了密排六方結(jié)構(gòu)Co的高溫穩(wěn)定性。物相的晶體結(jié)構(gòu)可通過查閱圖中物相對(duì)應(yīng)的特定號(hào)碼的PDF卡片獲得。

采用Cemecon公司基于磁控濺射技術(shù)的CC800/9XL涂層設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)涂層前處理工藝和涂層工藝，在上述合金基體上沉積Al_0.6Ti_0.4N涂層，涂層厚度為～2μm。圖3是WC–10Co–1.2Mo₂C–1.5Ru合金基體與Al_0.6Ti_0.4N涂層界面經(jīng)過反傅里葉變換后膜基共格界面的高分辨透射電鏡圖像，圖中膜基界面外延生長(zhǎng)關(guān)系為界面兩側(cè)處晶格失配度為3.2％，形成了共格界面。Al_0.6Ti_0.4N涂層具有與AlN相同的晶體結(jié)構(gòu)，為面心立方結(jié)構(gòu)。

采用瑞士CSM公司大載荷劃痕儀(Revetest Scratch Tester)測(cè)量涂層的膜基結(jié)合力，檢測(cè)條件為：金剛石壓頭尖端曲率半徑0.2mm、錐角120°，劃痕速度5mm/min，加載速率100N/min，劃痕長(zhǎng)度5mm。測(cè)試結(jié)果為膜基結(jié)合力為90N。

對(duì)比例1：

選用與實(shí)例1樣品同爐燒結(jié)制備的合金中WC基硬質(zhì)相晶粒度為～1.1μm的WC–10Co硬質(zhì)合金作為基體，采用實(shí)例1相同的工藝，在上述合金基體上沉積Al_0.6Ti_0.4N，涂層厚度為～2μm。合金燒結(jié)體表面在室溫下的X射線衍射圖譜及其分析結(jié)果見圖4，合金中Co基粘結(jié)相具有面心立方結(jié)構(gòu)。由于Co中W、C固溶原子的存在，壓力燒結(jié)爐的冷卻速率較傳統(tǒng)真空燒結(jié)爐高，Co由面心立方的高溫結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕浇Y(jié)構(gòu)的馬氏體相變得到了有效抑制。

采用瑞士CSM公司大載荷劃痕儀測(cè)量涂層的膜基結(jié)合力，檢測(cè)條件為：金剛石壓頭尖端曲率半徑0.2mm、錐角120°，劃痕速度5mm/min，加載速率100N/min，劃痕長(zhǎng)度5mm。測(cè)試結(jié)果為膜基結(jié)合力為61N。

實(shí)施例2：

選用商業(yè)用WC、Co、Mo₂C、Ru、Cr₃C₂、VC粉末為原料，按照WC–12Co–0.6Cr₃C₂–0.4VC–1.2Mo₂C–1.2Ru成分進(jìn)行配料?；旌狭蠞衲スに嚾缦拢翰捎?:1的球料比，72h的滾動(dòng)濕式球磨時(shí)間。對(duì)濕磨混合料進(jìn)行干燥制粒后，采用模壓成形工藝制備直徑為15mm，高度為4mm的圓柱體。采用含CO壓力燒結(jié)工藝對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)工序的最后保溫?zé)Y(jié)階段溫度為1380℃；在1380℃真空燒結(jié)保溫20min后，在壓力燒結(jié)爐內(nèi)同時(shí)通入CO和Ar進(jìn)行加壓燒結(jié)，其中CO氣體的充入體積與壓力燒結(jié)爐膛總體積比為3:100，通過后續(xù)Ar氣的繼續(xù)補(bǔ)充，使壓力燒結(jié)爐內(nèi)壓力達(dá)到5.6MPa，在5.6MPa壓力下保溫40min。合金拋光截面的掃描電鏡照片見圖5，合金中WC基硬質(zhì)相的晶粒度為0.4μm。

采用Cemecon公司基于磁控濺射技術(shù)的CC800/9XL涂層設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)涂層前處理工藝和涂層工藝，在上述合金基體上沉積Ti_0.89Si_0.11N，涂層厚度為～2μm。Ti_0.89Si_0.11N涂層具有與TiN相同的晶體結(jié)構(gòu)，為面心立方結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，膜基界面存在外延生長(zhǎng)關(guān)系為的界面，晶格失配度為2.9％，形成了共格界面。

采用瑞士CSM公司大載荷劃痕儀測(cè)量涂層的膜基結(jié)合力，檢測(cè)條件為：金剛石壓頭尖端曲率半徑0.2mm、錐角120°，劃痕速度5mm/min，加載速率100N/min，劃痕長(zhǎng)度5mm。測(cè)試結(jié)果為膜基結(jié)合力＞100N。

對(duì)比例2：

選用與實(shí)例2樣品同爐燒結(jié)制備的WC基硬質(zhì)相晶粒度為～0.4μm的WC–12Co–0.6Cr₃C₂–0.4VC超細(xì)晶硬質(zhì)合金作為涂層基體，采用實(shí)例2相同的工藝，在上述合金基體上沉積Ti_0.89Si_0.11N涂層，涂層厚度為～2μm。

采用瑞士CSM公司大載荷劃痕儀測(cè)量涂層的膜基結(jié)合力，檢測(cè)條件為：金剛石壓頭尖端曲率半徑0.2mm、錐角120°，劃痕速度5mm/min，加載速率100N/min，劃痕長(zhǎng)度5mm。測(cè)試結(jié)果為膜基結(jié)合力為85N。

實(shí)施例3：

按照采用商業(yè)用WC、Co、Mo₂C、Ru、WC–25TiC–30TaC–20NbC粉末為原料，按照WC–6Co–5TiC–6TaC–4NbC–0.9Mo₂C–0.78Ru成分進(jìn)行配料?；旌狭蠞衲スに嚾缦拢翰捎?:1的球料比，60h的滾動(dòng)濕式球磨時(shí)間。對(duì)濕磨混合料進(jìn)行干燥制粒后，采用模壓成形工藝制備直徑為15mm，高度為4mm的圓柱體。采用含CO壓力燒結(jié)工藝對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)工序的最后保溫?zé)Y(jié)階段溫度為1450℃；在1450℃真空燒結(jié)保溫30min后，在壓力燒結(jié)爐內(nèi)同時(shí)通入CO和Ar進(jìn)行加壓燒結(jié)，其中CO氣體的充入體積與壓力燒結(jié)爐膛總體積比為2:100，通過后續(xù)Ar氣的繼續(xù)補(bǔ)充，使壓力燒結(jié)爐內(nèi)壓力達(dá)到5.6MPa，在5.6MPa壓力下保溫70min。合金拋光截面的掃描電鏡照片見圖6，合金中WC基硬質(zhì)相的晶粒度為0.9μm。

采用Oerlikon Balzers公司基于強(qiáng)脈沖陰極電弧蒸發(fā)技術(shù)的INNOVA涂層設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)涂層前處理工藝和涂層工藝，在上述合金基體上沉積Al_0.65Cr_0.30Si_0.04W_0.01N/Al_0.66Cr_0.34N多層涂層，涂層厚度為～2.9μm。與合金基體直接接觸的Al_0.66Cr_0.34N涂層具有與AlN相同的晶體結(jié)構(gòu)，為面心立方結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，膜基界面存在外延生長(zhǎng)關(guān)系為的界面，晶格失配度為9.0％，形成了半共格界面。在此，晶面等同為三坐標(biāo)形式的(100)晶面。

采用瑞士CSM公司大載荷劃痕儀測(cè)量涂層的膜基結(jié)合力，檢測(cè)條件為：金剛石壓頭尖端曲率半徑0.2mm、錐角120°，劃痕速度5mm/min，加載速率100N/min，劃痕長(zhǎng)度5mm。測(cè)試結(jié)果為膜基結(jié)合力為91N。

對(duì)比例3：

選用與實(shí)例3樣品同爐燒結(jié)制備的合金中WC基硬質(zhì)相晶粒度為～0.9μm的WC–6Co–5TiC–6TaC–4NbC硬質(zhì)合金作為涂層基體，采用實(shí)例3相同的工藝，在上述合金基體上沉積Al_0.65Cr_0.30Si_0.04W_0.01N/Al_0.66Cr_0.34N多層涂層，涂層厚度為～2.9μm。

采用瑞士CSM公司大載荷劃痕儀測(cè)量涂層的膜基結(jié)合力，檢測(cè)條件為：金剛石壓頭尖端曲率半徑0.2mm、錐角120°，劃痕速度5mm/min，加載速率100N/min，劃痕長(zhǎng)度5mm。測(cè)試結(jié)果為膜基結(jié)合力為63N。

從實(shí)施例1、2、3的涂層硬質(zhì)合金膜基結(jié)合力數(shù)據(jù)與相應(yīng)對(duì)比例的膜基結(jié)合力數(shù)據(jù)比較可知，采用本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金基體，可以有效提高涂層硬質(zhì)合金的膜基結(jié)合力，實(shí)施例1、3其膜基結(jié)合力較相應(yīng)對(duì)比例提高44％以上。