[發明專利]一種激光熔覆石墨烯-陶瓷自潤滑涂層刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201710541381.8
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107338437B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 邢佑強;吳澤;黃鵬;劉磊;孫桂芳;李曉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 鄭立發

本發明屬于機械切削刀具制造技術領域，涉及了一種激光熔覆石墨烯?陶瓷自潤滑涂層刀具及其制備方法。所述自潤滑涂層刀具的基體材料為高速鋼，刀具前刀面為石墨烯?陶瓷自潤滑涂層。該自潤滑涂層通過將石墨烯添加至Al₂O₃或Si₃N₄基陶瓷混合粉末中，采用CO₂激光同步送粉方式在刀具前刀面熔覆制成。該刀具具有韌性好、硬度高及自潤滑作用的特點。干切削時，利用石墨烯在陶瓷刀具表面形成連續的固體潤滑膜，從而實現刀具本身的自潤滑功能。

技術領域

本發明屬于機械切削刀具制造領域，涉及了一種激光熔覆石墨烯-陶瓷自潤滑涂層刀具及其制備方法。

背景技術

由于切削液費用較高，且造成環境污染，干切削加工已成為綠色加工的一個研究熱點。但高速干切削時，前刀面上刀-屑之間的摩擦異常劇烈，產生了大量的熱，導致了刀具的快速磨損。因此迫切需要研究開發無污染、高效且具有高硬度、高耐磨性能的新型刀具，以降低摩擦從而提高刀具壽命。目前國內外廣泛使用的切削刀具材料主要有高速鋼，硬質合金、陶瓷及金剛石刀具等。高速鋼導熱性能差，硬度低，耐磨性能較差，因此不適合加工難加工材料；硬質合金及陶瓷刀具等由于材料本身的脆性較大，制造過程中容易出現刃口斷裂導致刀具的壽命降低；金剛石刀具等制造成本較高。目前涂層刀具使用較為廣泛，但由于其涂層厚度較薄，使用壽命有限。

中國專利“申請號：CN200910256536.9”報道了一種軟硬復合涂層刀具及其制備方法，該刀具采用中頻磁控沉積和多弧離子鍍膜方法制備MoS₂/ZrN復合涂層刀具，該刀具既具有較低的摩擦系數，又具有較高的硬度。但由于其涂層厚度較薄，因此作用時間較短。中國專利“申請號：CN03107823.0”報道了一種刀具及其加工方法，利用激光熔覆技術在刀具刀刃上熔覆一層納米碳纖維，納米陶瓷及超細硬質合金粉末組成的合金強化硬化層，提高其硬度和耐磨性能從而延長刀具壽命，但該刀具并不能實現自潤滑功能。中國專利“申請號：201610928498.7”報道了一種添加氧化鋁包覆石墨烯的自潤滑陶瓷刀具材料，將氧化鋁包覆石墨烯添加至陶瓷刀具混合粉料中，采用真空熱壓燒結工藝制備出具有自潤滑功效的陶瓷刀具材料。該刀具具有較高的硬度且具有較好的自潤滑性能，但刀具韌性有待進一步提高。中國專利“申請號：201310465488.0”報道了一種激光熔覆軟硬復合涂層自潤滑刀具的制備方法，采用激光送粉方式在刀具表面首先熔覆Al₂O₃陶瓷或硬質合金硬質涂層，然后熔覆鎳包MoS₂或WS₂粉末軟涂層，從而實現刀具表面既具有較高的硬度又具有自潤滑功能。但該刀具經過長時間切削，表面軟涂層磨損后，容易導致只殘留硬涂層，從而減小了自潤滑效果。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種激光熔覆石墨烯-陶瓷自潤滑涂層刀具及其制備方法。該刀具表面具有較厚的自潤滑涂層，涂層與基體之間具有較高的結合強度。同時，該刀具具有良好的韌性和極高的硬度。

技術方案：本發明是通過以下方法實現的：

本發明的一種激光熔覆石墨烯-陶瓷自潤滑涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼，其特征在于刀具前刀面為石墨烯-陶瓷自潤滑涂層。

一種激光熔覆石墨烯-陶瓷自潤滑涂層刀具的制備方法，其特征在于：將石墨烯添加至Al₂O₃或Si₃N₄基等陶瓷混合粉末中，采用CO₂激光同步送粉方式在高速鋼刀具前刀面熔覆一層石墨烯-陶瓷自潤滑涂層，其具體的制備方法如下：

(1)將刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超聲清洗20-30min，進行去油污處理；