[發明專利]立方氮化硼自潤滑涂層刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201810706464.2
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108950537B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 邢佑強;吳澤;黃鵬;劉磊;孫東科;劉曉軍
• 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: 張秀

本發明公開了一種立方氮化硼自潤滑涂層刀具及其制備方法。該刀具基體材料為高速鋼或硬質合金，基體表面為含有CsF、Mo和ZrO₂的立方氮化硼涂層。所述涂層采用電子束熔覆方法制備，制備步驟包括：(1)前處理；(2)預置氮化硼層；(3)熔覆氮化硼層；(4)后處理。該刀具整體具有良好的韌性，表面涂層具有較高的硬度和耐磨性能；切削過程中，CsF、Mo和ZrO₂在高溫作用下會發生原位反應，生成Cs₂MoO₄，從而能夠在較高的切削溫度下起到潤滑作用。同時，采用電子束方法制備，涂層與基體間具有較強的結合強度，制備效率高，制備過程避免發生氧化。該刀具可廣泛應用于干切削和難加工材料的切削加工。

技術領域

本發明涉及機械切削刀具制造技術領域，特別涉及了一種立方氮化硼自潤滑涂層刀具及其制備方法。

背景技術

干切削加工技術是一種對環境污染源頭進行控制的清潔環保制造工藝，作為一種新型綠色制造技術，不僅環境污染小，而且降低了產品成本，減少了對身體健康造成的危害。干切削作為一種新興的經濟環保制造技術，工已成為綠色加工的一個研究熱點。然而，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，導致了刀具的磨損加劇，壽命降低。因此，迫切需要研究開發新型刀具。自潤滑刀具是指刀具材料本身具有潤滑、減摩功能，可在無潤滑液的條件下實現自潤滑切削加工，從而減小刀具表面摩擦與磨損。

立方氮化硼具有極高的硬度和耐高溫性能，特別適用于淬硬鋼、冷硬鋼等難加工材料的切削加工。目前立方氮化硼刀具以高溫高壓燒結制備工藝為主，刀具整體韌性不足，且很難制備復雜形狀的刀具。相對于燒結的整體式立方氮化硼刀具，立方氮化硼涂層刀具大大節約了切削刀具的成本，同時能夠適用于任何復雜形狀的刀具基體，實現具有高性價比的高性能刀具。因此立方氮化硼作為刀具涂層具有廣闊的應用前景。

中國專利“申請號：201710709832.4”報道了一種聚晶立方氮化硼刀具材料及其制備方法，通過將立方氮化硼與結合劑混合粉體采用熱壓燒結和放電等離子體快速燒結方式進行制備，該方法制備刀具硬度較高，高溫性能優良；但該刀具韌性有待于提高，且制備方法較為復雜、制備成本較高。中國專利“申請號：20120020397.1”報道了一種具有立方氮化硼硬質涂層的切削刀具，該刀具采用磁控濺射的方法在高速鋼基體表面制備涂層，刀具整體具有良好的韌性，且表面硬度較高；但該刀具表面涂層厚度受到限制，涂層與基體結合強度不足，且涂層不具有自潤滑功效。中國專利“申請號：02139629.9”報道了一種氮化硼復合涂層切削刀具及其制備方法，通過采用等離子脈沖激光沉積或電熱絲輔助射頻等離子體CVD方法等方法制備，該刀具表面涂層與基體具有較強的結合力，但其不具備自潤滑能力。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種立方氮化硼自潤滑涂層刀具及其制備方法。該刀具既具有良好的韌性，又具有極高的硬度和耐磨性能；切削過程中，CsF、Mo和ZrO2在高溫作用下會發生原位反應，生成Cs2MoO4，從而能夠在較高的切削溫度下起到良好的潤滑作用。同時，該方法制備效率高，制備過程避免發生氧化，涂層與基體間具有較強的結合力。

技術方案：本發明的立方氮化硼自潤滑涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼或硬質合金，基體表面具有立方氮化硼自潤滑涂層，其中，所述涂層含有CsF、Mo和ZrO₂。其中，CsF、Mo和ZrO₂在高溫作用下會發生原位反應，生成Cs₂MoO₄，從而使得該刀具能夠在較高的切削溫度下具有良好的自潤滑作用。

上述立方氮化硼自潤滑涂層刀具的制備方法采用電子束將立方氮化硼混合粉料熔覆在刀具基體前刀面，從而制備出立方氮化硼自潤滑涂層刀具。

制備方法的具體步驟包括：

(1)前處理：將刀具基體表面研磨后依次放在酒精和丙酮溶液中超聲清洗各20-30min，進行去油污處理。