[發明專利]一種基于荷葉表面仿生學的抗粘結刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201310035500.4
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103085390A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 姜峰;徐西鵬;言蘭
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: B32B15/16
• 分類號: B32B15/16;B32B9/04;B32B33/00;B32B37/24
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 車世偉

【技術領域】

本發明涉及一種基于荷葉表面仿生學的抗粘結刀具及其制備方法。

【背景技術】

隨著產品性能和使用要求的不斷提高，對產品零部件的加工精度和加工效率要求越來越高，而各種新型難加工材料的不斷涌現進一步增加了產品零部件的加工難度。而涂層刀具是解決加工難題的一個較好方案，刀具涂層優良的摩擦學性能和熱障性能，對于提高加工效率和刀具壽命都有很大幫助。但是刀具涂層(特別是金屬基刀具涂層)容易發生與被加工材料的粘結，加速涂層的磨損失效過程。傳統方法主要是從改變涂層材料種類、性能這個方面來提高涂層的抗粘結性，主要是減少或替代涂層中會與被加工材料發生親和的元素，同時提高涂層的硬度。由于被加工材料越來越多樣，因此涂層材料種類的優化變得越來越困難，越來越復雜，同時涂層溫度的提高是有極限的，傳統方法難以更好更有效地提高涂層的抗粘結性。而從涂層表面微觀結構入手來提高抗金屬粘結能力和降低摩擦系數是一個新思路。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題之一，在于提供一種基于荷葉表面仿生學的抗粘結刀具，借鑒荷葉表面的疏水結構，能夠大大降低刀具與加工材料的粘結性，提高加工效率和刀具使用壽命。

本發明是這樣實現技術問題之一的：

一種基于仿生學的抗粘結刀具，包括一刀具基體，所述刀具基體外覆有一過渡層，所述過渡層上引種有形核顆粒，所述形核顆粒外包覆有一涂層，且所述形核顆粒與形核顆粒表面覆蓋的涂層組合成微凸體。

進一步地，所述過渡層為TiN過渡層，所述形核顆粒為Al₂O₃或SiO₂形核顆粒，所述涂層為Ti-Al-N系涂層。

進一步地，所述涂層的厚度為2-4μm，所述微凸體的高度為3-5μm，所述微凸體間的間距為1-3μm，所述微凸體的密度為5萬-50萬個/mm²。

進一步地，所述微凸體為半球狀，所述半球狀的微凸體直徑為3-5μm。

本發明要解決的技術問題之二，在于提供一種基于仿生學的抗粘結刀具的制備方法，借鑒荷葉表面的疏水結構，能夠大大降低刀具與加工材料的粘結性，提高加工效率和刀具使用壽命。

本發明是這樣實現技術問題之二的：

一種基于荷葉表面仿生學的抗粘結刀具的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

步驟10、將磨削后的刀具基體的表面沉積一過渡層，

步驟20、在有機溶劑里利用重力沉積將形核顆粒引種到過渡層上，再利用超聲波振動將過渡層上的形核顆粒鋪勻；

步驟30、最后再沉積一涂層，用于固定形核顆粒，且所述形核顆粒與形核顆粒表面覆蓋的涂層組合成微凸體。再對涂層表面進行清理，去掉不牢固的微凸體以及強化刀具刃口。

進一步地，所述過渡層為TiN過渡層，所述形核顆粒為Al₂O₃或SiO₂形核顆粒，所述涂層為Ti-Al-N系涂層。

進一步地，所述涂層的厚度為2-4μm，所述微凸體的高度為3-5μm，所述微凸體間的間距為1-3μm，所述微凸體的密度為5萬-50萬個/mm²。

進一步地，所述微凸體為半球狀，所述半球狀的微凸體直徑為3-5μm。

進一步地，所述有機溶劑為可揮發性有機溶劑。

進一步地，所述可揮發性有機溶劑為酒精。

本發明具有如下優點：

涂層表面微凸體的主要作用是防止金屬材料粘結在涂層表面上；微凸體的間距太大，金屬材料中的晶粒易于嵌入微凸體之間的間隙中，使微凸體失去抗粘結的作用；微凸體的間距太小，又會增加制造的難度；本發明所述微凸體間的間距為1-3μm，能夠有效防止金屬材料與涂層表面的粘結。微凸體外形采用半球形，此種形狀可以有效減少應力集中，防止微凸體的脫落。本發明在消磨的刀具基體表面沉積一過渡層，能夠降低粗糙度，提高形核顆粒引種的質量，以及提高涂層與刀具基體的結合力。

【附圖說明】

下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。

圖1為本發明抗粘結刀具表面在掃描電鏡下的示意圖。

圖2為本發明抗粘結刀具與普通Ti-Al-N系涂層刀具的摩擦系數對比曲線圖。

【具體實施方式】

請參閱圖1和圖2所示，對本發明的實施例進行詳細的說明。