本發(fā)明涉及陶瓷刀具的表面處理領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法及獲得的刀具。
背景技術(shù)：
1、陶瓷基復(fù)合材料因其高硬度、高耐磨性和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，已廣泛應(yīng)用于高性能切削刀具、耐磨部件及結(jié)構(gòu)陶瓷等領(lǐng)域。其中，al2o3–ticn?復(fù)合陶瓷由于兼具氧化鋁的高熱穩(wěn)定性與碳氮化鈦的增強(qiáng)增韌效果，成為當(dāng)前工業(yè)中使用頻率較高的先進(jìn)陶瓷刀具材料之一。但該類(lèi)材料普遍存在脆性高、斷裂韌度低等問(wèn)題，限制了其在高載荷或斷續(xù)切削工況下的應(yīng)用。為了解決該問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)已提出多種陶瓷刀具的表面改性或結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，主要包括高溫退火熱處理技術(shù)、化學(xué)氣相沉積（cvd）與物理氣相沉積（pvd）涂層技術(shù)、激光熔覆與等離子噴涂處理技術(shù)；其中高溫退火熱處理技術(shù)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)Y(jié)或后熱處理促進(jìn)材料晶粒生長(zhǎng)和相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，改善材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)；例如，控制熱處理溫度在?1500–1700°c?區(qū)間，并維持?jǐn)?shù)小時(shí)，可一定程度上促進(jìn)al2o3?的致密化和組織均勻化。然而，該方法存在以下不足：處理周期長(zhǎng)，加熱均勻性差，效率低；長(zhǎng)時(shí)間高溫易引發(fā)晶粒異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致強(qiáng)度和韌性下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中高溫退火熱處理技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法及獲得的刀具。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、第一方面，本發(fā)明提出了一種陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，包括以下步驟：
4、步驟1.對(duì)陶瓷刀具進(jìn)行清洗、干燥后，放入真空艙；
5、步驟2.采用氬等離子束對(duì)陶瓷刀具表面進(jìn)行均勻化預(yù)加熱處理，使陶瓷刀具表面升溫至設(shè)定處理溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱溫區(qū)內(nèi)的熱量穩(wěn)定傳輸與微觀組織活化；
6、步驟3.繼續(xù)維持高溫狀態(tài)對(duì)陶瓷刀具進(jìn)行短時(shí)熱處理，實(shí)現(xiàn)al2o3–ticn陶瓷表面晶界遷移增強(qiáng)、亞晶結(jié)構(gòu)重排和顆粒致密化，使原有微孔部分閉合、表面組織顯著致密，同時(shí)在近表層引入壓縮殘余應(yīng)力；
7、步驟4.切斷氬等離子束流，在真空或惰性氣氛下對(duì)陶瓷刀具進(jìn)行隨爐冷卻處理，避免因熱應(yīng)力集中產(chǎn)生微裂紋，同時(shí)保持殘余壓應(yīng)力層穩(wěn)定存在，從而進(jìn)一步增強(qiáng)刀具的抗裂紋擴(kuò)展能力和斷裂韌度性能。
8、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟1中采用超聲波清洗。
9、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟2中，所述的設(shè)定處理溫區(qū)為1900℃～2150℃。
10、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述等離子束的放電功率為8～20?kw，工作電壓為200～400?v，電流為40～80a。
11、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟3中，短時(shí)熱處理的時(shí)間為15～60?s。
12、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟3中，熱處理的溫度是1900℃，短時(shí)熱處理的時(shí)間為30秒。
13、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟4中，所述冷卻過(guò)程在氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行。
14、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟4中，冷卻速率控制在10～30℃/min。
15、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟3中，熱處理的溫度是1900℃，短時(shí)熱處理的時(shí)間為30秒。
16、第二方面，本發(fā)明還提供了一種刀具，通過(guò)前面所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法獲得。
17、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述陶瓷刀具的斷裂韌度提升至7.22～9.68?mpa·m1/2。
18、與現(xiàn)有陶瓷刀具表面改性技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
19、本發(fā)明通過(guò)采用氬等離子束對(duì)陶瓷刀具進(jìn)行短時(shí)高溫非接觸式處理，顯著優(yōu)化了al2o3–ticn?復(fù)合陶瓷刀具的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，尤其在斷裂韌度提升、微結(jié)構(gòu)均勻化和致密化增強(qiáng)方面表現(xiàn)出優(yōu)異效果，具體如下：
20、1.處理效率顯著提升，避免晶粒粗化
21、本發(fā)明采用氬等離子束在設(shè)定溫度和設(shè)定時(shí)間內(nèi)即可完成陶瓷表面顯微結(jié)構(gòu)的重構(gòu)與性能優(yōu)化，有效避免了長(zhǎng)時(shí)間處理帶來(lái)的晶粒異常長(zhǎng)大和組織粗化等問(wèn)題，處理效率提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
22、2.?斷裂韌度全面提升，材料抗裂能力增強(qiáng)
23、經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的陶瓷刀具，其斷裂韌度顯著提升至7.22–9.68?mpa·m1/2，最高提升幅度達(dá)40.5%；具體的α-al2o3晶粒擇優(yōu)生長(zhǎng)，晶界密度降低，裂紋擴(kuò)展路徑受阻；晶體缺陷減少，c/n有序分布增強(qiáng)，固溶體結(jié)構(gòu)更為完整；表層形成殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，有效閉合微裂紋尖端，提高裂紋擴(kuò)展阻力；表面顆粒重排與熔融、再凝固過(guò)程增強(qiáng)致密性，形成均勻蜂窩結(jié)構(gòu)。
24、3.?綜合力學(xué)性能優(yōu)化，獲得最佳處理窗口
25、優(yōu)選的，本發(fā)明在1900°c?處理?xiàng)l件下延長(zhǎng)處理時(shí)間至30秒，材料性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，密度提升至4.829?g/cm3，硬度為?23.11?gpa，斷裂韌度高達(dá)9.68?mpa·m1/2，在不犧牲硬度的前提下實(shí)現(xiàn)增韌，因此，氬等離子束處理可實(shí)現(xiàn)致密化增強(qiáng)與增韌協(xié)同，有助于提高刀具的使用壽命與抗斷裂性能。
26、4.微觀結(jié)構(gòu)高度可控，相組成穩(wěn)定性增強(qiáng)
27、通過(guò)本發(fā)明提出的方法處理后α-al2o3?晶粒尺寸增加、結(jié)晶度提升，ti(c,n)固溶體衍射峰增強(qiáng)，晶格畸變減少，表明處理過(guò)程中未誘發(fā)不利新相，反而改善了晶體結(jié)構(gòu)完整性。
1.一種陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，所述的步驟1中采用超聲波對(duì)陶瓷刀具進(jìn)行清洗。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，所述的步驟2中，所述的設(shè)定處理溫區(qū)為1900℃～2150℃。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，所述步驟2中，等離子束的放電功率為8～20?kw，工作電壓為200～400?v，電流為40～80?a。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，所述的步驟3中，短時(shí)熱處理的時(shí)間為15～60秒。
6.如權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，所述步驟3中，熱處理的溫度是1900℃，短時(shí)熱處理的時(shí)間為30秒。
7.如權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，所述的步驟4中，所述冷卻過(guò)程在氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求1所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法，其特征在于，所述的步驟4中，冷卻速率控制在10～30℃/min。
9.一種刀具，其特征在于，通過(guò)權(quán)利要求1-8任一所述的陶瓷刀具表面高溫強(qiáng)磁熱等離子體處理方法獲得。
10.如權(quán)利要求9所述的刀具，其特征在于，所述陶瓷刀具的斷裂韌度提升至7.22～9.68?mpa·m1/2。