[發明專利]WS2軟涂層納織構自潤滑刀具及其制備方法

無效

• 申請號: 201110353909.1
• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN102500778A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 鄧建新;連云崧;顏培;邢佑強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;C23C14/16;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/32;B32B15/04;B32B33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

一、技術領域

本發明屬于機械切削刀具制造技術領域，特別是涉及一種WS₂軟涂層納織構自潤滑刀具及其制備方法。

二、背景技術

自潤滑刀具是指刀具材料本身具有減摩、抗磨和潤滑功能，可在無外加潤滑液或潤滑劑的條件下實現自潤滑切削加工。由于自潤滑刀具的應用可減小摩擦與磨損，省去冷卻潤滑系統，減少設備投資，避免切削液造成的環境污染，實現清潔化生產，因此，自潤滑刀具是一種潔凈的干切削刀具。軟涂層自潤滑刀具是指將固體潤滑劑通過涂層的辦法直接涂覆于刀具表面，從而實現刀具的自潤滑功能。軟涂層的主要成分為具有低摩擦因數的固體潤滑劑，這些具有層狀結構的固體潤滑劑剪切強度較低且易附著于摩擦表面，從而可在切削過程中起到減摩作用。納織構自潤滑刀具是指在刀具前刀面刀—屑接觸區域加工出納米級別的織構，在納織構中添加固體潤滑劑，切削時由于高溫的作用使納織構中的固體潤滑劑軟化而拖敷于刀具表面，在刀—屑接觸區形成連續的固態潤滑膜，從而實現刀具本身的自潤滑。

中國專利“專利號ZL?200610068975.3”報道了自潤滑復合軟涂層刀具及其制備方法，該刀具表面為MoS₂層，MoS₂層與刀具基體之間具有Ti、MoS₂/Zr/Ti和MoS₂/Zr過度層。中國專利“申請號：200710017168.3”報道了一種微池自潤滑刀具及其制備方法，它是采用微細電火花技術或激光加工技術在刀具前刀面刀—屑接觸區加工出多個微孔，將固體潤滑劑填充到微孔中，在切削時潤滑劑析出形成潤滑膜從而起到潤滑作用。中國專利“申請號：201110089826.6”報道了一種微織構自潤滑鉆頭及其制備方法，它是采用飛秒激光加工技術在鉆頭前刀面刀—屑接觸區加工出不同形貌的槽或孔微織構，然后在槽和孔中填充固體潤滑劑，從而實現鉆頭的自潤滑。

三、發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種WS₂軟涂層納織構自潤滑刀具及其制備方法。該刀具在干切削時不僅具有軟涂層自潤滑效應，還具有納織構自潤滑效應，這種雙重自潤滑效應能極大地改善刀具干切削時的摩擦潤滑狀態，可減小摩擦、阻止粘結、降低切削力和切削溫度、減小刀具磨損。

本發明是通過以下方式實現的。

WS₂軟涂層納織構自潤滑刀具，基體材料為高速鋼或硬質合金，刀具前刀面刀—屑接觸區帶有納織構，納織構表面沉積有WS₂軟涂層，WS₂軟涂層與納織構表面之間含有一層Zr過渡層。

WS₂軟涂層納織構自潤滑刀具制備方法，采用飛秒激光加工技術在刀具前刀面刀—屑接觸區域加工出納米級織構；然后用中頻磁控濺射沉積+多弧離子鍍法在納織構刀具表面沉積一層Zr過渡層和WS₂軟涂層，其制備方法為：

(一)在刀具表面加工納米級織構

先將刀具基體材料拋光至鏡面，去除表面污染層，依次放入酒精、丙酮中超聲清洗各15min，然后采用飛秒激光加工技術在刀具前刀面刀—屑接觸區域加工出外觀為月牙洼形狀，內部為條狀溝槽的納米級織構，槽寬為10～50nm，深度為5～20nm，槽間距為50～100nm。

(二)在納織構刀具表面沉積軟涂層

(1)前處理：將納織構的刀具依次放入酒精、丙酮中超聲清洗各15-20min，干燥充分后迅速放入真空室，真空室本底真空1.0×10^-2Pa，加熱至150-200℃，開啟旋轉工件臺，保溫20-30min；

(2)離子清洗：通Ar氣，其壓力為1.5Pa，開啟偏壓電源，電壓800V，占空比0.2，輝光放電清洗20min；偏壓降低至200V，開啟電弧源Zr靶，靶電流60A，濺射清洗2-4min；

(3)沉積Zr：調整Ar氣壓為0.5Pa，偏壓降低至150V，Zr靶電流調為70A，多弧離子鍍Zr?2-3min；