一种具有耐磨硬质合金涂层的钻头及制备方法与流程

1.本发明涉及硬质合金和钻头领域，具体为一种具有耐磨硬质合金涂层的钻头及制备方法。


背景技术：

2.硬质合金是具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能的合金材料，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。
3.硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。
4.为了进一步提升钻头等刀具材料的硬度和耐磨性，可以采用在其表面喷涂硬质合金涂层的方法，提升材料表面硬度和耐磨性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于进一步提升钻头的硬度和耐磨性，提供一种具有耐磨硬质合金涂层的钻头，以及该钻头的制备工艺方法。
6.为达到上述目的，采用的技术方案为：一种具有耐磨硬质合金涂层的钻头，所述钻头上设有硬质合金涂层，按质量份比，所述硬质合金涂层的成分如下：cr2c
3 32
‑
42份，nicr21
‑
28份，wc 5
‑
12份，tac 5
‑
10份，co 3
‑
5份，以及fe 3
‑
5份。
7.nicr镍铬合金粉，80％ni
‑
20％cr，具有较高的高温强度、抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳、抗断裂等综合性能。在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机热端部件。
8.进一步，所述硬质合金涂层的成分如下：cr2c336.5份，nicr25.8份，wc 8.3份，tac7.6份，co 4.1份，以及fe 4.5份。
9.这种具有耐磨硬质合金涂层的钻头的制备方法，包含以下步骤：1）、钻头清洁，除去油污；2）、钻头喷砂，使其表面粗糙；3）、喷涂，将合金粉末烘干，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，喷涂距离210
‑
280mm，氧气
‑
煤油火焰速度1600
‑
1800m/s，氮气送粉速度32
‑
36g/min，钻头移动速度0.25
‑
0.35m/s，喷涂层数38
‑
48层；4）、冷却，将喷涂后的钻头放入冷却箱中进行冷却；5)、打磨，将冷却后的钻头表面打磨光洁。
10.进一步，所述喷涂步骤中，喷涂距离260mm，氧气
‑
煤油火焰速度1700m/s，氮气送粉
速度33g/min，钻头移动速度0.28m/s，喷涂层数42层。
11.采用上述方案的有益效果为：这种具有耐磨硬质合金涂层的钻头及制备方法，采用超音速喷涂技术对钻头进行表面熔融涂层处理，涂层包含多种硬质合金粉末配方，使钻头更加耐用，显著提高了使用寿命。
具体实施方式
12.下面结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.实施例1一种具有耐磨硬质合金涂层的钻头，所述钻头上设有硬质合金涂层，按质量份比，所述硬质合金涂层的成分如下：cr2c
3 32
‑
42份，nicr21
‑
28份，wc 5
‑
12份，tac 5
‑
10份，co 3
‑
5份，以及fe 3
‑
5份。粉末细度220
‑
350目，混合均匀，流动性约为100s/50g，无氧化和油污。
14.这种具有耐磨硬质合金涂层的钻头的制备方法，包含以下步骤：1）、钻头清洁，除去油污。可使用丙酮、无水乙醇来除去钻头表面油污2）、钻头喷砂，使其表面粗糙。可使用石英砂、刚玉等进行表面喷砂。
15.3）、喷涂，喷涂前将钻头预热到60
‑
80℃，合金粉末在50℃左右烘干，用超音速火焰喷涂设备进行喷涂，喷涂距离210
‑
280mm，氧气
‑
煤油火焰速度1600
‑
1800m/s，氮气送粉速度32
‑
36g/min，钻头移动速度0.25
‑
0.35m/s，喷涂层数38
‑
48层。采用固定喷枪，钻头旋转和上下移动，从钻头前端开始喷涂，循环往复38
‑
48次，涂层厚度380
‑
520μm。
16.4）、冷却，将喷涂后的钻头放入冷却箱中进行冷却；注意冷却箱空气需要除湿，湿度保持5%
‑
8%左右。
17.5)、打磨，将冷却后的钻头表面打磨光洁。
18.采用硬质合金热喷涂层可显著增加钻头表面的耐磨性，超音速火焰喷涂制备碳化物类金属陶瓷涂层，使得大部分碳化物硬质相保留下来，得到的涂层孔隙率低、硬度高、耐磨性好。超音速火焰喷涂是1981年美国发明了发明的一种新型热喷涂技术，超音速火焰喷涂设备的核心为喷枪，喷枪由燃烧室、喷嘴和等截面长喷管三部分组成。
19.实施例1制备的钻头涂层，经试验测得参数如下：结合强度达到65
‑
75mpa，耐磨度180
‑
210小时，孔隙度1.1
‑
1.3%，硬度hv0.3为950
‑
1180。可提高钻头使用寿命20
‑
50%。
20.实施例2在实施例1的基础上，所述硬质合金涂层的成分如下：cr2c336.5份，nicr25.8份，wc 8.3份，tac7.6份，co 4.1份，以及fe 4.5份。
21.喷涂步骤中，喷涂距离260mm，氧气
‑
煤油火焰速度1700m/s，氮气送粉速度33g/min，钻头移动速度0.28m/s，喷涂层数42层。
22.这种具有耐磨硬质合金涂层的钻头及制备方法，采用超音速喷涂技术对钻头进行表面熔融涂层处理，涂层包含多种硬质合金粉末配方，使钻头更加耐用，显著提高了使用寿命。
23.实施例2制备的钻头涂层，经试验测得参数如下：结合强度达到74mpa，耐磨度大于
200小时，孔隙度1.2%，硬度hv0.3为1000以上。
24.对比实施例3在上述实施例2的基础上，降低wc为3份，涂层硬度hv0.3下降为850；不添加wc钻头涂层硬度hv0.3下降为650。钻头涂层硬度均会不同程度降低，进而降低钻头使用寿命。
25.对比实施例4在上述实施例2的基础上，提高wc 为15份，涂层结合强度下降为49mpa；进一步提高wc 为20份，涂层结合强度下降为41mpa，涂层容易被刮落，进而降低钻头使用寿命。
26.对比实施例5在上述实施例2的基础上，降低tac 为3份，涂层耐磨度降低为130小时；不添加tac，涂层耐磨度降低为100小时以下。钻头使用寿命会显著降低。
27.对比实施例6在上述实施例2的基础上，提高tac 为12份，涂层孔隙度会为1.5；进一步提高tac 为15份，涂层孔隙度会为1.8，涂层耐磨度均会不同程度降低,导致钻头使用寿命显著降低。
28.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
29.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。