硬質合金塗層刀具脫鈷問題:對於成型刀具來說,當合金毛坯製成後須經過機械加工,主要是表面磨削、開齒型等多道加工程式。在生產實踐中發現,鈷粉含氧量隨室溫升高而增大。當室溫高於30℃時,鈷粉易氧化。由於鈷粉粒度細(常用鈷粉粒度應小於113μm),表面活性大,易氧化與空氣,鈷粉製備出爐過程中也易自燃和吸附空氣中的水分,尤其當空氣中濕度較高,使含氧量增高。當原料鈷粉純度降低,鈷粉粒度較粗,特別是夾有粗大的鈷粒子時,合金毛坯中易形成鈷池或局部缺鈷,使合金組織不均勻,影響塗層結合,即綜合使用性能。
加工中,磨削溫度過高也會導致硬質合金塗層刀具表面出現不均勻脫鈷,甚至改變正常的組織結構。為了降低磨削溫度,常用磨削液冷卻。由於鈷的化學特性使其對酸性環境更為敏感,對於鹼性(PH8~10)磨削液或金屬清洗液,尤其在一定溫度的情況下,同樣可加快對鈷相的析出。磨削液稍呈弱酸性時,鈷會被腐蝕,刀片表面尤其是刃口、尖角和R圓弧區,易出現不均勻的麻坑,呈灰斑狀,重則出現脫落現象。針對此類現象進行了電子探針成份分析發現:無灰斑區的主要成分為W主量,鈷大量,Ti、Ta少量,Nb微量。脫落區:W、Ta、Ti、Nb含量與無灰斑區基本相同,而鈷含量大 幅減少,從成份峰值計算,灰斑區的鈷含量降低50%以上,驗證發現磨削液的酸鹼度是影響脫鈷的原因之一。
塗層前清洗不當也會影響脫鈷,塗層刀具塗覆前必須將刀片徹底清洗。清洗液的PH值將影響刀片表面鈷相的分佈。試驗發現:個別刀片清洗不當,會出現表面局部脫鈷,表面組織不均勻,特別是鈷相的不均勻脫落,使硬質相形成疏鬆的骨架,使後期塗層難以粘附或塗層剝落。許多廠家為解決塗層與基體結合強度的問題,除嚴格控制塗前的工序外,還研製了一種表面富鈷的塗層基體材質。
為明確鈷在合金中的作用,根據脆性斷裂理論可知,當外力達到一定值後,試樣中已存在的裂紋胚芽便擴展,導致試樣斷裂,斷裂時WC變形極微,鈷相則較顯著。鈷相的變形可以阻礙裂紋的擴展。一般的硬質合金在其被腐蝕時,可以觀察到碳化物的直接斷裂,即其強度受連續粘結劑的控制,並與碳化物晶粒間鈷層的厚度成正比。而當合金基體鈷相分佈不均時,加工、塗層清洗等不當造成脫鈷,使刀具在外力作用下,很快發生大面積塗層剝落或崩裂。
燒結過程中,合金中的WC晶粒或TiC晶粒相互連成一個骨架,在骨架的空隙填滿互相貫通的鈷相,只有當鈷被包封的程度改變時(連續骨架破壞、部分破壞時)才會改變合金的強度特性,在硬質相骨架內包圍的是鈷相。當骨架強度足夠,鈷相越均勻,抗斷裂強度越高。當局部鈷相脫落時,硬質相的骨架遭破壞,合金強度降低,表面塗層粘附力也降低,因此出現刀片崩裂或塗層剝落。多次試驗也證明了Co的均勻分佈對合金性能的影響。
加強品質規範化管理,選擇對鈷相不敏感的中性冷卻液,並及時清洗掉表面殘留液體,排除機械加工中造成的硬質合金塗層刀具脫鈷問題。