[00115227]基于稀土添加的梯度结构硬质合金涂层刀具制备关键技术研究

项目属材料工程、机械工程和资源高效开发利用领域的重大技术创新。针对传统刀具已无法满足现代制造业对提高效率和降低成本的要求，课题组通过产学研结合开展了高性能多元稀土梯度硬质合金涂层刀具制备关键技术研究，采用物理气相沉积技术在梯度硬质合金基体制备含稀土涂层，在原有刀具物理涂层设备的基础上，通过对原有设备的设计改造和系统的工艺试验，成功地研制开发出添加多元稀土复合硬质合金刀具物理复合涂层技术。项目得到了科技部入园入企项目及江西省青年科学家（井冈之星）培养计划的资助。主要创新点为： 1.建立了基于二维、三维槽型的断屑技术理论，在粘结破损机理研究的基础上，开发了一系列具有良好断屑性能的刀片槽型。与传统的相比切削力降低20%左右，切削热降低10%，刀具寿命提高30%以上。 2.开发了二阶段烧结法制备功能梯度硬质合金涂层基体技术。 3.自行设计含混合稀土(Ce,Y,La)等元素的靶材，利用稀土元素的独特作用，提高了靶材的冶金质量，减少了涂层表面液滴和针孔，显著提高了涂层致密性能和显微硬度。通过稀土和Al、Ti、N等元素的协同作用，提高了涂层的抗剥落性和抗氧化能力，解决了物理复合涂层工艺中的主要关键技术。 主要技术经济指标如下：(1)研究出一整套硬质合金精密复杂成形刀具物理复合涂层工艺和技术规范，基本解决了硬质合金复合涂层工艺中的关键技术，如真空度问题，气源控制系统，辅助加热装置，电气系统等，保证了该工艺的可靠性和重复稳定性，可形成多元稀土复合梯度硬质合金涂层刀具，涂层厚度在2～8μm之间，且厚度根据需要可控；涂层与硬质合金基体结合力达到50N以上；涂层显微硬度达到HV1800～3000；切削对比试验表明硬质合金涂层刀具切削寿命达到国外刀具Sandvik GC4225刀片的水平，切削性能已达到或接近国外同类产品水平。(2)通过改进原有设备已研制出一套性能完善、适合工业批量生产用的含稀土硬质合金涂层刀具专用物理涂层设备。该设备每炉可装10mm×10mm整体硬质合金块状刀具（如车刀、铣刀）1000～1200片，按每炉生产周期6小时计算，可年产涂层刀具80万片，达到了批量生产规模的要求。项目成果通过了中国有色金属工业协会组织的技术鉴定。鉴定结论认为：项目整体技术达到国际先进水平。新技术在湖南顶立科技、章源钨业等公司获得应用，初步建立了涂层中心，并已形成年产整体硬质合金涂层刀具30万件的批量生产能力，项目成果满足数控加工快速发展的需要，经涂层加工后的工具可提高切削效率30%～100%，寿命延长3～10倍，大大提高了钨制品的附加值，实现钨资源的可持续发展。