[發(fā)明專利]一種WS2/Zr軟涂層微納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410263779.6
• 申請(qǐng)日: 2014-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN104014828A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢佑強(qiáng);鄧建新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B27/00
• 分類號(hào): B23B27/00;B23K26/36;B23K26/60;C23C14/32;C23C14/35;C23C14/14;C23C14/06
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械切削刀具制造領(lǐng)域，涉及了一種WS₂/Zr軟涂層微納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具及其制備方法。

二、背景技術(shù)

陶瓷刀具由于具有硬度高，耐熱性及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于難加工材料的切削加工。但由于干切削時(shí)，刀具前刀面上刀屑之間的摩擦異常劇烈，導(dǎo)致了刀具的磨損嚴(yán)重，因此急需改善刀具切削時(shí)的摩擦以提高其刀具壽命。

自潤(rùn)滑刀具因其本身具有減摩、抗磨和潤(rùn)滑功能，因此是一種綠色干切削刀具。近幾年，我國(guó)在陶瓷刀具和表面織構(gòu)刀具方面的相關(guān)研究取得了很大的進(jìn)展。中國(guó)專利“CN200410024226.1”報(bào)道了一種Al₂O₃/TiC/CaF₂陶瓷復(fù)合刀具材料，該刀具通過在刀具基體中添加固體潤(rùn)滑劑，使其在切削加工時(shí)在刀具表面形成連續(xù)的固態(tài)潤(rùn)滑層，從而實(shí)現(xiàn)刀具本身的自潤(rùn)滑功能。中國(guó)專利“申請(qǐng)?zhí)?01110353909.1”報(bào)道了一種WS₂軟涂層納織構(gòu)自潤(rùn)滑刀具及其制備方法，該刀具采用飛秒激光在刀具表面加工出納米織構(gòu)，然后采用多弧離子鍍+中頻磁控濺射沉積法先后沉積Zr過渡與層WS₂軟涂層。中國(guó)專利“申請(qǐng)?zhí)?01010124734.2”報(bào)道了一種微納復(fù)合織構(gòu)化刀具的飛秒激光制備方法，該刀具采用飛秒激光加工微納織構(gòu)結(jié)合涂層技術(shù)進(jìn)一步提高刀具的抗耐磨損性能。中國(guó)專利“CN201210447210.6”報(bào)道了一種填充潤(rùn)滑劑的微納米復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具，通過織構(gòu)與潤(rùn)滑劑的雙重作用實(shí)現(xiàn)減摩作用。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種軟涂層微納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具及其制備方法。本發(fā)明在刀具表面加工出不同形貌及尺寸的微納米織構(gòu)，然后在織構(gòu)刀具沉積一層軟涂層，在干切削過程中，刀具表面軟涂層能夠形成有效的潤(rùn)滑膜，同時(shí)表面納織構(gòu)提高了涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，微織構(gòu)能夠有效的起到捕捉磨屑及自潤(rùn)滑效應(yīng)，從而減小刀具的磨損，提高刀具壽命。

本發(fā)明通過以下方式實(shí)現(xiàn)：

1.一種WS₂/Zr軟涂層微納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具，基體材料為Al₂O₃基或Si₃N₄基陶瓷，其特征在于陶瓷刀具負(fù)倒棱處具有納米織構(gòu)，前刀面上具有微納米復(fù)合織構(gòu)，織構(gòu)表面沉積WS₂/Zr軟涂層，WS₂/Zr軟涂層與織構(gòu)之間具有一層Zr過渡層。

2.一種WS₂/Zr軟涂層微納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具制備方法，采用激光加工技術(shù)在陶瓷刀具前刀面加工出微米織構(gòu)，并在陶瓷刀具負(fù)倒棱及前刀面上加工出納米織構(gòu)，再采用多弧離子鍍+中頻磁控濺射沉積方法先后在織構(gòu)陶瓷刀具表面沉積Zr過渡層和WS₂/Zr軟涂層，其具體的制備方法如下：

(一)在陶瓷刀具表面加工微納米織構(gòu)

(1)將陶瓷刀具前刀面及負(fù)倒棱處研磨拋光至鏡面，依次放入酒精和丙酮中超聲清洗各20min；

(2)采用Nd:YAG固體激光在陶瓷刀具前刀面刀屑接觸區(qū)加工出不同形貌及尺寸的微米織構(gòu)；其中，微米織構(gòu)寬度為30-80μm，深度為10-150μm；

(3)采用飛秒激光在陶瓷刀具負(fù)倒棱處及前刀面刀屑接觸區(qū)加工出不同形貌及尺寸的納米織構(gòu)；納米織構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)為波紋狀溝槽，溝槽寬度為200-400nm，深度為50-300nm，周期為600-800nm；

(二)在織構(gòu)刀具表面沉積軟涂層

(1)前處理：將微納復(fù)合織構(gòu)陶瓷刀具依次放入酒精和丙酮中超聲清洗各20min，采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入鍍膜機(jī)真空室。真空室本底真空7.0×10^-3Pa，加熱至180℃，保溫時(shí)間30-40min；

(2)離子清洗：通入Ar氣，其壓力為0.6-1.5Pa，開啟偏壓電源，電壓800-900V，占空比0.2，輝光放電清洗15min；偏壓降低至200-300V，開啟離子源離子清洗20min，開啟電弧源，偏壓400-600V，靶電流80A，離子轟擊Zr靶1-2min；

(3)沉積Zr：調(diào)整Ar氣壓至0.4-0.5Pa，偏壓降低至100-200V，電弧鍍Zr2-5min；