[發(fā)明專(zhuān)利]梯度涂層刀具及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810076691.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108165988B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢佑強(qiáng);王孟雅;李想;胡若愚;黃開(kāi)靚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C24/10
• 分類(lèi)號(hào): C23C24/10
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種梯度涂層刀具及其制備方法，該梯度涂層刀具基體材料為高速鋼，基體表面具有多層涂層，涂層為添加MoS₂、BN和LaF₃的硬質(zhì)合金層和Al₂O₃基陶瓷層交替的梯度疊層涂層。刀具涂層采用激光熔覆方法制備，制備步驟為：(1)前處理；(2)熔覆硬質(zhì)合金層；(3)熔覆Al₂O₃基陶瓷層；(4)交替熔覆硬質(zhì)合金層和Al₂O₃基陶瓷層；(5)后處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該刀具表面梯度涂層兼顧Al₂O₃基陶瓷和硬質(zhì)合金的特點(diǎn)，具有較高的硬度和良好的韌性；MoS₂、BN和LaF₃的加入使得該刀具在較大切削溫度范圍內(nèi)均具有良好的自潤(rùn)滑功效。該涂層刀具可應(yīng)用于干切削和難加工材料的切削加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械切削刀具制造領(lǐng)域，尤其涉及梯度涂層刀具及其制備方法。

背景技術(shù)

由于切削液費(fèi)用較高，且造成環(huán)境污染，因此干切削加工已成為綠色加工的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但在高速干切削時(shí)，前刀面上刀與屑之間的摩擦異常劇烈，產(chǎn)生了大量的熱，導(dǎo)致了刀具的快速磨損。因此迫切需要研究開(kāi)發(fā)無(wú)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(guó)內(nèi)外廣泛使用的切削刀具材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷及金剛石刀具等。其中高速鋼導(dǎo)熱性能差、硬度低，以及耐磨性能較差，不適合加工較難加工的材料；硬質(zhì)合金及陶瓷刀具等由于材料本身的脆性較大，制造過(guò)程中容易出現(xiàn)刃口斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致刀具的壽命降低；而金剛石刀具的制造成本較高。目前，對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理是提高刀具性能的重要途徑，隨著切削加工技術(shù)的發(fā)展，單一涂層已不能滿足加工需求，多元梯度涂層已成為涂層刀具的重要發(fā)展方向。

申請(qǐng)?zhí)枮?01110214393.2的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種疊層涂層刀具及其制備方法，其涂層采用電弧鍍鍍膜方法制備，涂層刀具兼顧ZrN、ZrTiN和梯度疊層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)而提高了涂層的硬度、強(qiáng)度和耐沖擊性，延長(zhǎng)了刀具壽命。申請(qǐng)?zhí)枮?01310089381.0的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種AlZrCrN復(fù)合雙梯度涂層刀具及其制備方法，采用磁控濺射制備雙梯度復(fù)合涂層，涂層刀具沿垂直基體表面方向自里向外依次為Cr過(guò)渡層、梯度CrN過(guò)渡層、梯度AlZrCrN過(guò)渡層與AlZrCrN層，該梯度涂層能夠降低涂層刀具在使用過(guò)程中涂層間的殘余熱應(yīng)力。但通過(guò)以上方法制備的涂層厚度受到了限制，且涂層間結(jié)合強(qiáng)度較低。申請(qǐng)?zhí)枮?3112232.9的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種梯度功能陶瓷刀具材料及其制備方法，該梯度功能陶瓷刀具材料具有對(duì)稱(chēng)性雙向組成分布結(jié)構(gòu)，但陶瓷刀具本身存在脆性較大的缺點(diǎn)。申請(qǐng)?zhí)枮?01710541381.8的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種激光熔覆石墨烯-陶瓷自潤(rùn)滑涂層刀具及其制備方法，該刀具前刀面為石墨烯-陶瓷自潤(rùn)滑涂層，可以實(shí)現(xiàn)切削過(guò)程中刀具的自潤(rùn)滑功能，但刀具涂層韌性有待于進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種梯度涂層刀具及其制備方法，該刀具具有良好的韌性、極高的硬度、良好的熱穩(wěn)定性能和抗磨損能力，同時(shí)涂層間結(jié)合強(qiáng)度較高且涂層具有自潤(rùn)滑功效。干切削時(shí)，梯度涂層能夠減小刀具磨損，從而提高刀具壽命。

技術(shù)方案：梯度涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼，刀具基體表面具有多層涂層，其涂層為添加MoS₂、BN和LaF₃的硬質(zhì)合金層和Al₂O₃基陶瓷層交替的梯度疊層涂層。