[發(fā)明專利]一種干切削刀具及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810443034.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN108624881B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉杰;代慧;黃學(xué)飛;盛永華;周華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C28/00
• 分類號(hào): C23C28/00;C23C16/34;C23C16/40;C23C16/36;C23C14/35;C23C14/14
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

本發(fā)明公開一種干切削刀具，該刀具表面設(shè)置有軟涂層的納米級(jí)凹槽，刀具表面設(shè)置有復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層從內(nèi)到外依次包括TiN、Al₂O₃、TiCN、cBN，及MoS₂?Ti。本發(fā)明還公開了干切削刀具的制備方法，包括對(duì)基體進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)于化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)室進(jìn)行預(yù)處理；依次沉積TiN涂層、Al₂O₃涂層、TiCN涂層、cBN涂層、采用激光在刀具前刀面加工出納米凹槽；及沉積MoS₂?Ti軟涂層。本發(fā)明采用多元復(fù)合涂層的干切削刀具，增強(qiáng)了涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，提高了刀具涂層的強(qiáng)度、硬度、韌性、抗氧化、耐高溫和耐磨損等性能，拓寬了涂層刀具在干切削加工中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械刀具領(lǐng)域，特別涉及一種干切削刀具及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著制造技術(shù)全球化趨勢的快速發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工行業(yè)切削技術(shù)的要求逐步提高。刀具涂層可提高制造業(yè)的高效性、精確性、專業(yè)化。合適的刀具涂層材料可減少對(duì)刀具材料消耗，獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量，提高難加工材料切削刀具的壽命、效率。

在機(jī)械加工領(lǐng)域，主要采用濕式切削法和干式切削法。濕式切削法是在金屬切削加工時(shí)，用一定的壓力和流量的切削液連續(xù)不斷的冷卻、潤滑刀具和工件加工部件。然而大量使用切削液會(huì)造成環(huán)境污染問題，同時(shí)由于切削過程中切削液產(chǎn)生的油煙對(duì)工人直接造成危害，誘發(fā)多種疾病。采用高速干切削可大幅提高加工效率，提高加工精度，降低表面粗糙度，節(jié)約制造成本。

高速切削及干式切削時(shí)，切削溫度更高、摩擦力更大，刀具與工件之間的機(jī)械、物理和化學(xué)作用更劇烈，所以對(duì)干切削刀具的抗氧化性、高溫穩(wěn)定性、高溫硬度、低的摩擦力提出更高的要求。為了提高硬質(zhì)合金刀具的切削性能和使用壽命，可在刀具表面涂覆多層金屬或非金屬化合物涂層，使涂層的高硬度、高耐磨性、優(yōu)良的抗高溫性能和基體的高強(qiáng)度、高韌性等優(yōu)點(diǎn)得到良好的結(jié)合。

cBN是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的立方結(jié)構(gòu)的晶體，具有類似金剛石的晶體結(jié)構(gòu)。cBN材料的硬度高，僅次于金剛石；熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性高，在高溫下不易與鐵元素發(fā)生化學(xué)變化。cBN材料作為刀具涂層，具有良好的磨削性能和截形精度，加工精度穩(wěn)定，很少出現(xiàn)磨削裂紋及工件燒傷等現(xiàn)象。cBN涂層刀具，具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能和極高的化學(xué)穩(wěn)定性，在現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)中已被廣泛使用，主要用在一般切削、硬齒面齒輪加工和超精密加工等方向。

涂層成分能否在涂層刀具上發(fā)揮應(yīng)有的性能，除了與涂層的設(shè)計(jì)相關(guān)，很大程度上還取決于涂層工藝的技術(shù)水平。真空氣相沉積是常用的一種刀具涂層工藝。將反應(yīng)室抽成真空，在合適的工藝參數(shù)條件下，通過氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)反應(yīng)，使金屬或金屬氧化物成為氣態(tài)原子或分子，入射沉積在金屬或非金屬表面，在基體表面上形成具有特殊性能固態(tài)涂層。真空氣相沉積相比傳統(tǒng)的電鍍法，具備耗能低、污染小、無毒、無廢液、成本低、應(yīng)用范圍廣、鍍層質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，是鍍涂層領(lǐng)域發(fā)展前途很好的一項(xiàng)新技術(shù)。

PVD利用濺射或蒸發(fā)等，在真空環(huán)境中的襯底上凝聚形成涂層。固態(tài)物質(zhì)的涂層反應(yīng)源蒸發(fā)或?yàn)R射后，與送入的反應(yīng)氣體通過電離、復(fù)合和反應(yīng)等物理過程，生成新的固態(tài)物質(zhì)，沉積在基體表面，形成均勻致密的硬質(zhì)涂層和它們的復(fù)合涂層。PVD涂層具有硬度和強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、摩擦系數(shù)低、組織結(jié)構(gòu)致密等優(yōu)點(diǎn)。但是，PVD技術(shù)制備涂層要求基體的清潔度高，工藝重復(fù)性不好且加工成本高。

CVD是利用等離子體激勵(lì)、加熱，使反應(yīng)物質(zhì)在一定溫度和氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并以生成的固態(tài)物質(zhì)沉積在適當(dāng)位置的基體表面，進(jìn)而制得的固態(tài)涂層。CVD是一種非常靈活、應(yīng)用廣泛的制備涂層的化學(xué)氣相生長法，可應(yīng)用于各種氮化物、碳化物、氧化物、硼化物、硅化物涂層的制備，反應(yīng)原料的成分不僅可以調(diào)節(jié)，又能控制涂層的特性和成分。利用等離子和激光輻射技術(shù)還可以獲取活化能，可在低于其熔點(diǎn)或分解溫度的沉積溫度下進(jìn)行，設(shè)備簡單，同一種涂層的制備可選用不同的化學(xué)反應(yīng)。