一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及刀具表面涂层工艺领域，具体的说是一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺。包括以下步骤：1）、取石墨烯涂料和稀释剂按照1:8至1:12的比例进行混合，制得石墨烯溶液；2）、将步骤1）中制得的石墨烯溶液在刀具基体表面进行雾化喷涂，制得带有预制石墨烯涂层的刀具；3）、将步骤2）中制得的带有预制石墨烯涂层的刀具在140‑160℃条件下进行干燥后在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得具有石墨烯涂层的刀具。本发明专利技术能够有效降低所加工刀具表面的摩擦系数，从而在加工量大、加工精度要求高的切削生产中降低刀具的损耗量，延长刀具使用寿命。

Processing technology of a tool with graphene coating

The invention relates to the technical field of coating on the surface of a tool, in particular to a processing technology of a tool with graphene coating. The following steps are as follows: 1), the graphene coating and diluent are mixed according to the ratio of 1:8 to 1:12, and graphene solution is prepared; 2) the graphene solution produced in the step 1 is atomized and sprayed on the surface of the tool matrix to produce a tool with prefabricated graphene coating; 3) and step 2). The cutting tools of the graphene coating were cooled at room temperature under the conditions of 140 and 160 degrees C, and the cutting tools with graphene coating were made after the cooling. The invention can effectively reduce the friction coefficient of the machined tool surface, thus reducing the loss of the cutting tool and prolonging the service life of the tool in the cutting production with large processing quantity and high processing precision.

【技术实现步骤摘要】
一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺
本专利技术涉及刀具表面涂层工艺领域，具体的说是一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺。
技术介绍
在制造业中金属切削成型是最主要的加工手段之一，其直接的执行者就是刀具，为了减少切削液对环境的污染，提高加工精度及加工效率，干切削和高速切削技术就尤为重要。对于刀具而言就要具备足够的强度和韧性，高的硬度和高耐磨性，低的摩擦系数以及高耐热性。涂层刀具在一定程度上很好的解决了硬度和韧性之间的矛盾关系，使刀具表面具有高的硬度和高的耐磨性的同时保持了刀具基体良好的韧性。常见的高硬度的耐磨化合物涂层材料为TiC、TiN、TiCN或Al2O3，虽然相比于普通刀具来说，具有上述涂层材料的刀具的硬度和韧性均有所提升，但是刀具的摩擦系数并未明显降低，在诸如灰铸铁等加工量大且加工精度要求高的切削生产中，由于摩擦系数较高，使得刀具磨损消耗大，使用寿命短，增加了企业的生产成本。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种能够降低刀具摩擦系数的具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，从而在加工量大、加工精度要求高的切削生产中降低刀具的损耗量，延长刀具使用寿命。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，包括以下步骤：1）、取石墨烯涂料和稀释剂按照1:8至1:12的比例进行混合，制得石墨烯溶液；2）、将步骤1）中制得的石墨烯溶液在刀具基体表面进行雾化喷涂，制得带有预制石墨烯涂层的刀具；3）、将步骤2）中制得的带有预制石墨烯涂层的刀具在140-160℃条件下进行干燥后在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得具有石墨烯涂层的刀具。优选的，步骤1）中石墨烯涂料和稀释剂的比例为1:10。优选的，所述稀释剂为甲苯、乙醇、丙醇、甲乙酮以及环己酮中的任意一种或任意多种的组合。优选的，步骤1）中石墨烯溶液的制备方法为：首先将石墨烯涂料和稀释剂添加至容器中形成混合液，然后通过玻璃棒对容器中的混合溶液进行初次搅拌，以防止石墨烯涂料形成凝聚块，最后将经过初次搅拌的混合液连同容器放置于超声波振荡器中，调整超声波振荡器中震荡介质的温度为22-27℃后对容器内的混合液进行4-6min的振动搅拌，振动搅拌结束后即制得均匀混合的石墨烯溶液。优选的，步骤2）中的雾化喷涂方法为：首先去除刀具基体表面的油污；然后将步骤1）中制得的石墨烯溶液倒入喷嘴口径为0.8-1.2mm的重力式喷枪的喷壶中，调节重力式喷枪的流量调节阀至50-55ml/min，调节重力式喷枪的配套的空气压缩机的出气开关至2.8-3.2KPa；最后通过重力式喷枪将石墨烯容易在刀具的基体表面进行雾化喷涂，直至刀具基体表面均匀覆盖石墨烯溶液，在雾化喷涂过程中，重力式喷枪的喷嘴与刀具之间的间距保持在30-35cm。优选的，步骤3）中通过电热恒温干燥箱对步骤2）中制得的带有预制石墨烯涂层的刀具进行干燥，干燥时间为80-100min。有益效果本专利技术通过在刀具基体表面喷涂出一层石墨烯作为润滑层，石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。石墨烯具有优异的物理力学性能，断裂强度达到42N/m2，抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。热导率室温下可达5000W/（m·K）。为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。通过石墨烯涂层填补了刀具基体表面上的凹坑及沟壑，有效降低刀具的摩擦系数，从而在刀具切削过程中更加耐磨，延长了刀具的使用寿命。本专利技术的工艺方法可在未使用的新刀具上实施，也可作业修复措施在磨损严重的刀具上实施，使磨损严重的刀具修复后仍能够正常使用，从而减小了企业在刀具上的投入成本。附图说明图1为通过本专利技术加工出的具有石墨烯涂层的刀具表面在USB电子显微镜下放大450倍的照片；图2为普通刀具磨损后的刀尖部位在USB电子显微镜下放大450倍的照片；图3为图2中的普通刀具磨损后的刀尖部位经本专利技术的工艺喷涂石墨烯涂层后在USB电子显微镜下放大450倍的照片；图4为图3中的具有石墨烯涂层的刀尖部位在经过切削生产后在USB电子显微镜下放大450倍的照片。具体实施方式通过三个具体实施例对本专利技术的一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺以及通过本专利技术制备刀具的性能进行详细说明，三个实施例中均采用厦门金鹭特种合金有限公司生产的TNMG160404R-SVGP1115型刀具为基体，其中实施例1和实施例2均为新刀具，实施例3为经过10次切削生产磨损后的刀具。实施例1、一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，包括以下步骤：1）、取石墨烯涂料和稀释剂按照1:8的比例进行混合，制得石墨烯溶液，稀释剂为甲苯、乙醇、丙醇、甲乙酮以及环己酮中的任意一种或其任意多种的组合。具体步骤为：首先将石墨烯涂料和稀释剂添加至容器中形成混合液，然后通过玻璃棒对容器中的混合溶液进行初次搅拌，以防止石墨烯涂料形成凝聚块，最后将经过初次搅拌的混合液连同容器放置于超声波振荡器中，调整超声波振荡器中震荡介质的温度为22℃后对容器内的混合液进行4min的振动搅拌，振动搅拌结束后即制得均匀混合的石墨烯溶液。2）、将步骤1）中制得的石墨烯溶液在刀具基体表面进行雾化喷涂，制得带有预制石墨烯涂层的刀具；具体步骤为：首先去除刀具基体表面的油污；然后将步骤1）中制得的石墨烯溶液倒入喷嘴口径为0.8mm的重力式喷枪的喷壶中，调节重力式喷枪的流量调节阀至50ml/min，调节重力式喷枪的配套的空气压缩机的出气开关至2.8KPa；最后通过重力式喷枪将石墨烯容易在刀具的基体表面进行雾化喷涂，直至刀具基体表面均匀覆盖石墨烯溶液，在雾化喷涂过程中，重力式喷枪的喷嘴与刀具之间的间距保持在30cm。3）、将步骤2）中制得的带有预制石墨烯涂层的刀具置入电热恒温干燥箱内，在140℃条件下进行干燥，干燥时间为100min；干燥结束后用镊子将刀具小心的取出并在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得实施例1的具有石墨烯涂层的刀具。实施例2、一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，包括以下步骤：1）、取石墨烯涂料和稀释剂按照1:10的比例进行混合，制得石墨烯溶液，稀释剂为甲苯、乙醇、丙醇、甲乙酮以及环己酮中的任意一种或其任意多种的组合。具体步骤为：首先将石墨烯涂料和稀释剂添加至容器中形成混合液，然后通过玻璃棒对容器中的混合溶液进行初次搅拌，以防止石墨烯涂料形成凝聚块，最后将经过初次搅拌的混合液连同容器放置于超声波振荡器中，调整超声波振荡器中震荡介质的温度为25℃后对容器内的混合液进行5min的振动搅拌，振动搅拌结束后即制得均匀混合的石墨烯溶液。2）、将步骤1）中制得的石墨烯溶液在刀具基体表面进行雾化喷涂，制得带有预制石墨烯涂层的刀具；具体步骤为：首先去除刀具基体表面的油污；然后将步骤1）中制得的石墨烯溶液倒入喷嘴口径为1.0mm的重力式喷枪的喷壶中，调节重力式喷枪的流量调节阀至53ml/min，调节重力式喷枪的配套的空气压缩机的出气开关至3KPa；最后通过重力式喷枪将石墨烯容易在刀具的基体表面进行雾化喷涂，直至刀具基体表面均匀覆盖石墨烯溶液，在雾化喷涂过程中，重力式喷枪的喷嘴与刀具之间的间距保持在33cm。3）、将步骤2）中制得的带有预制石墨烯涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：1）、取石墨烯涂料和稀释剂按照1:8至1:12的比例进行混合，制得石墨烯溶液；2）、将步骤1）中制得的石墨烯溶液在刀具基体表面进行雾化喷涂，制得带有预制石墨烯涂层的刀具；3）、将步骤2）中制得的带有预制石墨烯涂层的刀具在140‑160℃条件下进行干燥后在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得具有石墨烯涂层的刀具。

【技术特征摘要】
1.一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：1）、取石墨烯涂料和稀释剂按照1:8至1:12的比例进行混合，制得石墨烯溶液；2）、将步骤1）中制得的石墨烯溶液在刀具基体表面进行雾化喷涂，制得带有预制石墨烯涂层的刀具；3）、将步骤2）中制得的带有预制石墨烯涂层的刀具在140-160℃条件下进行干燥后在室温条件下进行冷却，冷却结束后即制得具有石墨烯涂层的刀具。2.根据权利要求1所述的一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，其特征在于：步骤1）中石墨烯涂料和稀释剂的比例为1:10。3.根据权利要求1所述的一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，其特征在于：所述稀释剂为甲苯、乙醇、丙醇、甲乙酮以及环己酮中的任意一种或任意多种的组合。4.根据权利要求1所述的一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺，其特征在于：步骤1）中石墨烯溶液的制备方法为：首先将石墨烯涂料和稀释剂添加至容器中形成混合液，然后通过玻璃棒对容器中的混合溶液进行初次搅拌，以防止石墨烯涂料形成凝聚块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，任二洲，王红，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41