利用真空中蒸发、溅射、等离子体离子化等物理方法使金属(铊、锆)由熔融体（通过蒸发）或者固体（通过喷镀）转人气相并与气态非金属组元发生化学反应，所生成的化合物沉积在被加热到500℃左右的硬质合金基体上的过程称为物理气相沉积涂层。物理气相沉枳涂层法可分为三大类：蒸镀法、溅射法和离子镀法。日則皿用最广泛的是真空电弧蒸镀法、电子束蒸镀法和高速磁控溅射法。物理气相沉积与化学气相沉积相比具有如下优点。

(1)由于物理气相沉积温度一般为500℃左右，在此温度下涂层与基体不产生扩散层，因而使基体强度不变；
(2)涂层具有细微型结构，在涂层中产生压应力，涂层韧性较高，抗裂纹扩展能力强；
(3)涂层表面光滑，能有效阻止横向裂纹的扩展。

因此，物理气相沉积涂层特别适用于切削刀片的涂层。为了保证涂层与基体牢固黏结，基体表面的光洁度是十分重要的，如果基体表面有缺陷存在，则会造成涂层脱落。因此，涂层前基蚀嘉而需经过超声波、离子侵蚀等方法进行处理。

离子镀法

离子镀(IP)法是一种等离子体激发物理气相沉积方法，即采用离子和具有能量的中性原子轰击溅射净化后的基体（沉积前）并在沉积过程中控制涂层成核和生长过程。

真空电弧蒸镀法

真空电弧蒸镀法是使金属、合金或化合物在真空中电弧蒸发、离子化、溅射并沉积在基体上的一种涂层方法。




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钢结硬质合金是以硬质化合物（碳化物、氮化物、硼化物等）为硬质相、以钢为黏结金属的硬质合金。钢结硬质合兰金既具有碳化物的硬度和耐磨性，又具有钢的良好力学性能，使用范围处于高速钢和硬质合金之间。在某些情况下，钢结硬质合金的耐磨性及塑性优于硬质合金。特别是钢结硬质合金含有大量的钢体（合金体积的50%以上），因此合金可进行热处理和机械加工。钢结硬质合金在其他方面的发展与应用还包括：(1)钢结硬质合金的硬质相向多元化发展，如碳化钨、碳化铊、氮化铊、氮碳化铊、碳化铊-氧化铝、硼化铊、硼化铊-氮化铊等多种新型硬质相，特别是TiB2具有高硬度、高杨氏模量、良好的高温强度及稳定的化学特性，是耐磨零件、切削工具的首选材料。(2)钢结硬质合金黏结相的钢种不断扩大，如各种成分碳素钢、合金钢、工具钢、高速钢、高锰钢、耐热钢以及不锈钢。(3)钢结硬质合金生产方法已由常规粉末冶金法、浸渍法、热压法发展为热等静压法(HIP)、烧结等静压法(Sinter - HIP)等。

钢结硬质合金的制备工艺

钢结硬质合金的热处理钢结硬质合金具有可热处理性。钢结硬质合金的热处理包括退火、淬火和回火，其热处理工艺的制定取决于钢黏结剂的成分及最终所需要的性能，一般来说，与原始钢种的热处理工艺相似。

钢结硬质合金的成分和性能

碳化钛基钢结硬质合金中的碳化钛与钢组分的比例对合金退火后的可加工性有重要的影响，合金硬度随碳化钛含量的增加而升高。近年来研制开发了新型的以TiN取代TiC的钢结硬质合金，是钢结硬质合金中的一个重要发展。日本三菱金属公司生产了一种在高速钢基体中含有均匀弥散的碳化钛和氮化钛的新型硬质合金，并称为“Chotaigokin”合金。




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化学气相沉积是最早应用于硬质合金刀片涂层的方法，也是目前涂层硬质合金生产中普遍应用的一种方法。目前，硬质合金涂层技术发展迅速，开发出中温化学气相沉积、等离子体化学气相沉积及离子溅射化学气相沉积等方法。

高温化学气相沉积

化学气相沉积的基本原理是：将需涂层的硬质合金产品装入高温化学气相沉积炉中，通入化合物蒸气及反应气体，在1000℃以上的高温下发生化学反应并沉积在产品表面。

在高温涂层炉中于1个大气压下进行涂层。涂层炉由一带或多带加热器，反应室，供、排气系统，气体净化系统，气体流量控制系统等组成。

近年来，还开发了功能不同的多层涂层结构的硬质合金刀具，如碳化铊-氮碳化铊-氮化铊、碳化铊-氧化铝-碳化铊等三层复合涂层的碳化钨基硬质合金刀片。碳化铊的热膨胀系数与基体硬质合金相近，因而涂层与基体结合强度高；最外层为抗月洼磨损性能优异的碳化铊涂层；中间层为性能介于二者之间的氮碳化铊涂层。因此，保证了涂层）9片具有优异的使用性能和较长的使用寿命。美国肯纳金属公司生产的多层（8-10层）涂层硬质合金由外层、中间活性层和底层组成。外层碳化铊涂层减少了刀瘤的产生；交替组合的0.5-0.7μm的Al2O3（3-4层）/0.2-0. 5μm的：氮化铊(2-3层)中间活性层，主要功沟能是抗月洼磨损、减少崩刃并增大层间黏结强度；底层则为氮化铊和氮碳化铊（或碳化铊）层组成，从而保证了整个涂层与基体及中间活性层平滑地黏结。

中温化学气相沉积：采用有机腈类的有机化合物取代甲烷和氮气可使涂层温度降低到700-900C。

等离子体化学气相沉积：这是利用电或者电磁气体放电激发的等离子体来进行化学气衙陀积的的涂层方法。




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碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴硬质合金的生产混料工艺

混料工艺的目的是将各种碳化物和黏结金属粉末按合金牌号需要配制成不同成分、个同粒度的均匀混合粉末，主要手段为球磨。

碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴硬质合金的生产混合料干燥工艺

振动干燥：振动干燥器的振动由电机带动偏心轴而产生，振动频率为1400次/min，振幅为5~10mm。
真空干燥：真空干燥是硬质合金混合料干燥工艺中比较先进的方法之一，目前使用较广泛的设备是双圆锥真空干燥器。如图：

碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴硬质合金的生产混合料掺胶（蜡）-制粒工艺

混合好的混合料在压制前必须掺入一些有机物，其目的6是改善混合料粉末之间的结合状态使混合料有良好的流动性，提高压坯密度的均匀性与强度。

碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴硬质合金的生产混合料的质量控制：混合料的质量控制主要通过化学分析和鉴定块烧结试验来实现。

碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴硬质合金的生产混合料成形方法

碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴硬质合金制品的成形方法有多种。生产中一般常用的成形方法有模压成形、冷等静压成形、粉末增塑挤压成形、粉末注射成形。

碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴硬质合金烧结

硬质合金的烧结方法有：氢气烧结、真空烧结、热压烧结、真空—压力烧结、热等静压烧结。近年来，为制备超细晶粒硬质合金，微波烧结、放电等离子烧结等工艺得到了研究和利用。

碳化钨-钴、碳化钨-碳化铊-钴合金的性能

合金密度:密度是评定硬质合金性能的基本指标。合金成分一定时，度的大小可以反映出硬质合金的组织结构。

矫顽磁力(Hc)：硬质合金中的黏结金属为铁磁性物质，因此使合金具有一定的磁性。

磁饱和(Com)：合金磁饱和值只与合金钴含量有关，与碳化钨晶粒大小无关，因此，磁饱和值可以用夹鉴定合金成分及合金中是否存在非磁性相。

硬度(HRA)：硬度是硬质合金的一项主要力学性能指标，一般在83.0-94.0HRA之间。

抗弯强度：抗弯强度也是衡量硬质合金质量的一项重要指标，一般在1300-4000MPa之间。

抗压强度：抗压强度表示合金抵抗压缩载荷的能力，碳化钨-钴合金的抗压强度随钴含量的增加及碳化钨晶粒的增大而减小。

冲击韧性：冲击韧性是衡量矿用硬质合金及在苛刻条件下断续萎切削刀具的一项重要指标，碳化钨-钴合金的冲击韧性随钴含量的增加和碳化钨晶粒的增大而增加。


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