硬質(zhì)合金作為一種工具材料，由于其具有高硬度、高強(qiáng)度、高彈性模量、耐磨損和耐腐蝕等性能，已廣泛應(yīng)用于各種切削工具、礦用工具和耐磨耐蝕零部件。為適應(yīng)各種服役條件，提高使用效率，針對傳統(tǒng)硬質(zhì)合金存在硬度高而韌性低的矛盾，人們開發(fā)了諸如梯度硬質(zhì)合金、超細(xì)硬質(zhì)合金材料。近年來，隨著功能梯度材料概念的提出，功能梯度硬質(zhì)合金正在發(fā)展成為當(dāng)前硬質(zhì)合金領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容之一。為了提高硬質(zhì)合金切削工具的切削性能和使用壽命，可在合金的表面涂上薄層高硬度耐磨材料。由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，涂層材料在冷卻過程中可能因熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。由于涂層材料的脆性通常裂紋更容易在涂層表面產(chǎn)生并向基體中擴(kuò)展。為了盡可能防止由于裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致的材料失效，并有利于獲得高性能的硬質(zhì)合金切削工具材料，可對基體進(jìn)行梯度處理，使在基體表面區(qū)域形成缺立方相碳化物和碳氮化物的韌性區(qū)域，此區(qū)域的粘結(jié)劑含量高于基體的名義粘結(jié)劑含量。當(dāng)涂層中形成的裂紋擴(kuò)展到該區(qū)域時，由于其良好的韌性，可以吸收裂紋擴(kuò)展的能量，因而能有效地阻止裂紋向合金內(nèi)部擴(kuò)展，提高硬質(zhì)合金切削工具的使用性能。
;?@Rq"* jA;b2A]G 本文主要綜述了梯度硬質(zhì)合金涂層基體的制備、基體涂層技術(shù)、基體表層碳含量的控制等。
YgjW%q X@}7 # Vt 梯度硬質(zhì)合金基體的制備
QI U%!9Y ,/GFD[SQ 要獲得性能良好的涂層梯度硬質(zhì)合金產(chǎn)品，涂層基體的制備是一個非常關(guān)鍵的問題。涂層必須與合適的基體結(jié)合才能達(dá)到預(yù)期的性能。具有梯度結(jié)構(gòu)的表面富鈷合金基體則使涂層切削刃強(qiáng)度更高，提高了涂層抗裂紋擴(kuò)展能力，提高了基體與涂層的結(jié)合強(qiáng)度以及刀具的抗彎強(qiáng)度。硬質(zhì)合金刀片劃痕強(qiáng)度實驗表明：基體成分相同情況下，梯度結(jié)構(gòu)涂層刀片的基體與涂層結(jié)合強(qiáng)度比無梯度結(jié)構(gòu)涂層刀片的基體與涂層結(jié)合強(qiáng)度大。硬質(zhì)合金刀片的切削實驗也表明：基體和涂層成分相同的情況下，有梯度結(jié)構(gòu)涂層硬質(zhì)合金刀片的切削性能比無梯度結(jié)構(gòu)涂層硬質(zhì)合金刀片的切削性能優(yōu)良。
gY [G>D= =OtW!vx#R. 梯度硬質(zhì)合金基體可通過分段燒結(jié)工藝制備。第一階段預(yù)燒結(jié)，將試樣在氮氣保護(hù)下升溫(升溫速度為5℃/ｍｉｎ)，升溫到400℃時保溫1ｈ脫蠟；溫度到1380℃時，保溫1ｈ使合金致密化后，冷卻至室溫。第二階段梯度燒結(jié)，在真空狀態(tài)下，將預(yù)燒結(jié)后試樣由室溫升至燒結(jié)溫度并保溫2ｈ后隨爐冷卻至室溫。
;di .U, $H.U ~ 含氮硬質(zhì)合金梯度燒結(jié)是在真空氣氛中進(jìn)行的，合金內(nèi)部的氮活度大于表面氮活度，內(nèi)部的氮原子向表面進(jìn)行擴(kuò)散。而Ｎ原子與Ｔｉ原子之間存在很強(qiáng)的熱力學(xué)耦合，所以，在液相燒結(jié)溫度下，合金內(nèi)部氮原子通過液相粘結(jié)劑向表面擴(kuò)散的同時，表面的Ｔｉ原子也通過液相粘結(jié)劑向內(nèi)部擴(kuò)散，擴(kuò)散將會導(dǎo)致合金表面的ＴｉＣ、ＴｉＮ、(Ｔｉ，Ｗ)(Ｃ，Ｎ)等立方相碳化物、氮化物以及碳氮化物發(fā)生分解。向合金內(nèi)部擴(kuò)散的金屬原子與內(nèi)部的碳，氮等原子發(fā)生反應(yīng)生成一些硬質(zhì)相碳化物、氮化物以及碳氮化物。由于金屬原子向合金內(nèi)部擴(kuò)散導(dǎo)致在合金的表層形成體積空位，從而，液相粘結(jié)劑流向合金的表層，在合金的表層形成具有梯度結(jié)構(gòu)的表層韌性區(qū)域，這樣制備出梯度硬質(zhì)合金基體。
_<jU! R |v@_~HV 梯度硬質(zhì)合金基體的涂層
? Fa$lE4 W`JI/ 為改善硬質(zhì)合金的切削加工性能，工業(yè)發(fā)達(dá)國家80%以上的硬質(zhì)合金刀具都經(jīng)過表面涂覆處理。幾十年來，國內(nèi)外相繼開發(fā)了雙涂層、三涂層以及多涂層的復(fù)合刀片，有的涂層數(shù)甚至達(dá)到幾十層、上百層的水平。
c^'bf_~-W Oi& 9FS 硬質(zhì)合金涂層技術(shù)通�？煞譃榛瘜W(xué)氣相沉積(ＣＶＤ)技術(shù)和物理氣相沉積(ＰＶＤ)技術(shù)兩大類。
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