涂覆納米復(fù)合涂層的高硬度低摩擦系數(shù)的刀具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種加工刀具，尤其涉及一種涂覆納米涂層的高硬度低摩擦系數(shù)的刀具。
【背景技術(shù)】
[0002]切削加工作為一種傳統(tǒng)的加工方法和工藝，目前約占機(jī)械制造工作量的30%?40%，全世界每年約有I億噸鋼材通過刀具切削而成為切肩，全世界每年切削加工耗資約2500億美元。以刀具去除工件材料的切削加工方法仍將在機(jī)械制造領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，為了適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)更高的要求，先進(jìn)切削技術(shù)獲得廣泛的研究和應(yīng)用，比較典型的有(超)高速切削、干切削、硬切削等，相應(yīng)于先進(jìn)切削技術(shù)的更高要求，高效率、高精度、高可靠性和專用化的切削刀具獲得空前的發(fā)展，使刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、刀具涂層呈現(xiàn)出高技術(shù)的特征。
[0003]在制造行業(yè)，刀具質(zhì)量的好壞，不僅影響到機(jī)械加工的效率和加工成本，同時(shí)也影響到零件加工表面的質(zhì)量、刀具可加工的材料范圍。切削刀具作為在生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用的工具，有許多缺點(diǎn)，讓人們?cè)谑褂玫倪^程中感覺到不方便，比如刀頭是使用過程中磨損最大的部分，所以經(jīng)常要更換刀頭或使用硬度更強(qiáng)的金屬來做為刀頭的材料，這樣無(wú)形中增加了成本，并且即使經(jīng)過改進(jìn)，這樣的刀頭使用壽命并沒有得到大幅度的提高。刀具涂層技術(shù)是一項(xiàng)提高切削加工效率和加工質(zhì)量，降低成本具有重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義的新技術(shù)。
[0004]隨著刀具切削技術(shù)不斷向高速度、高精度方向的發(fā)展以及干切削技術(shù)的推廣，對(duì)切削刀具涂層的性能提出了越來越高的要求:即要求具備高硬度、高彈性模量、低摩擦系數(shù)等優(yōu)良力學(xué)性能和良好的抗高溫氧化性能，因而在切削刀具的基體上涂覆性能優(yōu)良的涂層成為常用的改良切削刀具性能的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種涂覆納米涂層的高硬度低摩擦系數(shù)的刀具，該刀具具有很高的硬度、低摩擦系數(shù)性能和較佳的耐熱性能。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種涂覆納米復(fù)合涂層的高硬度低摩擦系數(shù)的刀具，具有刀頭部和刀桿部，所述刀頭部與刀桿部為一體式結(jié)構(gòu)，所述刀頭部的外表面上設(shè)有TiSiCN納米復(fù)合涂層。
[0007]所述TiSiCN納米復(fù)合涂層的總厚度為2.5?4.0 μ m。所述TiSiCN納米復(fù)合涂層由TiSiC復(fù)合靶材基體上磁控濺射反應(yīng)沉積而成。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的高硬度低摩擦系數(shù)的刀具，具有很高的硬度、較好的耐磨性能和較佳的耐熱性能。
[0009]涂層采用反應(yīng)磁控濺射制備工藝，具有制備工藝簡(jiǎn)單、沉積速度快、生產(chǎn)效率高、能耗低、對(duì)設(shè)備要求較低等優(yōu)點(diǎn)，適于規(guī)?；a(chǎn)。無(wú)任何有害成分，安全環(huán)保。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為圖1中沿A-A的剖視圖；
[0012]圖3為刀頭外表面TiSiCN納米復(fù)合涂層的透射電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確。
[0014]如圖1，2所示，一種高硬度低摩擦系數(shù)的刀具，包括:刀頭部I和刀桿部2，所述刀頭部I和刀桿部2為一體式結(jié)構(gòu)，所述刀頭部I的外表面上設(shè)有一種具有高硬度、低摩擦系數(shù)和優(yōu)異抗高溫氧化性能的TiSiCN納米復(fù)合涂層3。TiSiCN納米復(fù)合涂層3的總厚度為 2.5 ?4.0 μ m。
[0015]TiSiCN納米復(fù)合涂層3由TiSiC復(fù)合靶材經(jīng)拋光、超聲波清洗、離子清洗后的基體上磁控濺射反應(yīng)沉積而成。
[0016]如圖3所示，TiSiCN納米復(fù)合涂層3中的晶化界面相SiN與其包裹的納米晶TiN呈共格外延生長(zhǎng)，涂層具有連續(xù)、結(jié)晶度高的柱狀晶。
[0017]TiSiCN納米復(fù)合涂層3在多靶磁控濺射儀上采用反應(yīng)濺射法進(jìn)行制備，其方法步驟如下:
[0018](I)清洗基體
[0019]首先將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機(jī)，依次在分析純的無(wú)水酒精和丙酮中利用15?30kHz超聲波進(jìn)行清洗5?1min ;然后進(jìn)行離子清洗，即將基體裝進(jìn)真空室，抽真空到6 X 10-4Pa后通入Ar氣，維持真空度在2_4Pa，用中頻對(duì)基體進(jìn)行為時(shí)30min的離子轟擊，功率為80-100W ；
[0020](2) TiSiCN納米復(fù)合涂層的制備
[0021]將基體置入多靶磁控濺射儀并停留在TiSiC復(fù)合靶之前，通過磁控濺射反應(yīng)沉積獲得具有超高硬度、低摩擦系數(shù)的TiSiCN納米復(fù)合涂層；
[0022]所述的磁控濺射反應(yīng)沉積過程的工藝控制參數(shù)為:
[0023]所述的TiSiC復(fù)合靶材中，按原子比計(jì)算，其中Ti為84%，Si和C的總原子量為16%，按原子比計(jì)算，其中Si:C為12%:4 % ；
[0024]TiSiC復(fù)合靶材的直徑為75_ ；
[0025]Ar 氣流量:38 sccm，N2 氣流量:5sccm ；
[0026]射頻濺射功率300W，時(shí)間2h ；
[0027]靶基距5cm ；
[0028]總氣壓范圍0.4Pa ；
[0029]基體溫度為300 °C。
[0030]采用Quanta FEG450型掃描電子顯微鏡儀器，對(duì)上述所得的具有超高硬度、低摩擦系數(shù)的TiSiCN納米復(fù)合涂層的厚度進(jìn)行檢測(cè)，其厚度約為3.5um ;
[0031]采用NANO Indenter G200型納米壓痕儀儀器，對(duì)上述所得的具有超高硬度、低摩擦系數(shù)的TiSiCN納米復(fù)合涂層的硬度進(jìn)行檢測(cè)，其硬度為36.1GPa ;
[0032]采用HSR-2M涂層摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)儀器對(duì)上述所得的具有超高硬度、低摩擦系數(shù)的TiSiCN納米復(fù)合涂層與GCr 15鋼球的摩擦系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其與GCr 15鋼球的摩擦系數(shù)為
0.38。
[0033]本實(shí)用新型高硬度低摩擦系數(shù)的刀具，具有很高的硬度、較好的耐磨性能和較佳的耐熱性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種涂覆納米復(fù)合涂層的高硬度低摩擦系數(shù)的刀具，具有刀頭部(I)和刀桿部(2)，所述刀頭部(I)與刀桿部(2)為一體式結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述刀頭部(I)的外表面上設(shè)有TiSiCN納米復(fù)合涂層(3);所述TiSiCN納米復(fù)合涂層(3)由TiSiC復(fù)合革E材基體上磁控派射反應(yīng)沉積而成；所述TiSiCN納米復(fù)合涂層(3)的總厚度為2.5?4.0 μ m。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種涂覆納米復(fù)合涂層的高硬度低摩擦系數(shù)的刀具，具有刀頭部和刀桿部，所述刀頭部與刀桿部為一體式結(jié)構(gòu)，所述刀頭部的外表面上設(shè)有TiSiCN納米復(fù)合涂層。用于解決在現(xiàn)實(shí)使用中頻繁更換刀頭的問題。本實(shí)用新型具有很高的硬度、較好的耐磨性能和較佳的耐熱性能。涂層采用反應(yīng)磁控濺射制備工藝，具有制備工藝簡(jiǎn)單、沉積速度快、生產(chǎn)效率高、能耗低、對(duì)設(shè)備要求較低等優(yōu)點(diǎn)，適于規(guī)模化生產(chǎn)。無(wú)任何有害成分，安全環(huán)保。
【IPC分類】C23C14/06, B23B27/00, C23C14/35
【公開號(hào)】CN205165906
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520744924
【發(fā)明人】馮利民, 陳朋燦, 李偉
【申請(qǐng)人】上海新弧源涂層技術(shù)有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年9月24日