一种切削刀具的表面改性方法技术

本发明专利技术公开了一种切削刀具的表面改性方法，依次包括以下步骤：S1、在清洗后的刀具基体表面通过多弧离子镀膜设备沉积TiN涂层；S2、在TiN涂层上沉积TiSiErN涂层；S3、将TiSiErN涂层进行干式微喷砂处理后，在磁控溅射设备中通入氩气和氮气混合气体至真空度为0.6

【技术实现步骤摘要】
一种切削刀具的表面改性方法


[0001]本专利技术涉及表面处理
，具体涉及一种切削刀具的表面改性方法。

技术介绍

[0002]刀具的表面涂层对刀具性能的改善和切削加工技术的进步起关键作用，是解决刀具耐磨性、韧性、耐热性、抗粘附等性能的有效途径，涂层切削刀具已成为现代刀具的重要标志。
[0003]高速钢或硬质合金钢作为传统的刀具材料，越来越难以满足现代机械加工业的发展需要，因此，刀具表面涂层技术应运而生。刀具表面涂层技术是近几十年发展起来的材料表面处理技术，在适当的工艺技术条件下，涂层具有良好的特性，涂覆在刀具表面，可以大大提高金属切削刀具的使用寿命。当前涂层的发展趋势是涂层趋于多元化和多层化，多层涂层可综合单涂层的优点，多层多涂层及其相关技术的出现，使涂层既可提高与基体的结合强度又具有多种材料的综合性能，进一步提高刀具的性能。
[0004]但切削刀具表面改性后的现有多涂层间结合不紧密，涂层表面粗糙度大，光泽度较差，从而对涂层刀具的表面产生不良影响，造成使用寿命和服役性能等性能降低。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种切削刀具的表面改性方法，在切削刀具表面形成了TiN涂层、TiSiErN涂层和ZrAlCuN涂层的多涂层，提高了涂层和切削刀具之间的结合强度，有效解决了现有技术中多涂层间结合不紧密、表面粗糙度大和综合性能较差等问题。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种切削刀具的表面改性方法，依次包括以下步骤：<br/>[0007]S1、在清洗后的刀具基体表面通过多弧离子镀膜设备沉积TiN涂层；
[0008]S2、在TiN涂层上沉积TiSiErN涂层；
[0009]S3、将TiSiErN涂层进行干式微喷砂处理后，在磁控溅射设备中通入氩气和氮气混合气体至真空度为0.6
‑
0.8Pa，开启ZrAlCu合金靶，沉积ZrAlCuN涂层，冷却至室温后取出，进行湿式微喷砂处理，完成切削刀具的表面改性。
[0010]进一步，步骤S1中，刀具基体清洗的具体步骤为：
[0011]S11、将刀具基体超声清洗后经自来水冲洗和去离子水漂洗，然后置于1wt％的盐酸中活化2
‑
3min，去离子水漂洗后置于丙酮中超声清洗18
‑
20min，烘干；
[0012]S12、将烘干后的刀具基体置于真空条件加热至200
‑
400℃，通入氩气至真空度为1
‑
2Pa，开启偏压电源至1000
‑
1200V，进行氩离子溅射清洗；
[0013]S13、氩离子溅射清洗后的刀具基体再通入氩气至真空度为0.4
‑
0.7Pa，功率为350
‑
400W，开启离子源清洗10
‑
20min，得清洗后的刀具基体。
[0014]刀具基体材质为钛合金Ti6Al4V、高速钢或其他硬质合金等。
[0015]进一步，步骤S1中，沉积TiN涂层时，压强为2
‑
4Pa，氮气流量为80
‑
100mL/min，电弧电流为100
‑
120A。
[0016]进一步，步骤S2中，沉积TiSiErN涂层时，采用含有0.5
‑
3wt％Er的SiTi靶材，Si和Ti质量比为1:4，且压强为2
‑
4Pa，氮气流量为80
‑
100mL/min，电弧电流为100
‑
120A。
[0017]进一步，步骤S3中，干式微喷砂处理时，采用粒度为20
‑
40μm的不规则白刚玉通过压缩空气进行微喷砂2
‑
8s，微喷砂压力为0.1
‑
0.3MPa。
[0018]进一步，步骤S3中，沉积ZrAlCuN涂层时，脉冲电压200
‑
600V，脉冲频率100
‑
300Hz，负偏压为300
‑
400V，离子源功率为200
‑
300W，沉积1
‑
2h。
[0019]进一步，步骤S3中，湿式微喷砂处理时，采用粒度为20
‑
40μm的球状白刚玉与水混合后进行微喷砂4
‑
6s，微喷砂压力为0.2
‑
0.4MPa。
[0020]进一步，TiN涂层厚度为0.2
‑
0.4μm，TiSiErN涂层厚度为0.5
‑
0.9μm，ZrAlCuN涂层厚度为1
‑
1.8μm。
[0021]进一步，ZrAlCu合金靶中，Al原子百分比不超过15％，Cu原子百分比不超过2％。
[0022]进一步，步骤S3中，混合气体中氮气分压为0.01
‑
0.1Pa。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术在切削刀具表面形成了TiN涂层、TiSiErN涂层和ZrAlCuN涂层的多涂层，提高了涂层和切削刀具之间的结合强度，且表面粗糙度较小，光泽度较好，能够延长刀具的使用寿命，同时提高其硬度等力学性能，有效解决了现有技术中多涂层间结合不紧密、表面粗糙度大和综合性能较差等问题。
[0025]2、本专利技术的TiN涂层与刀具基体之间具有较好的结合力，可以保证涂层和刀具的紧密结合，提高结合强度；TiSiErN涂层中的Er元素具有细化晶粒、增强韧性和提高涂层致密度等作用，能够增强涂层间的结合强度，并提升整体的性能和使用寿命；ZrAlCuN涂层中的铜细化了氮化物晶粒，形成的晶粒细小且均匀，其韧性获得了显著的提高，且具有硬度高以及韧性好的优点，提高了抵抗冲击载荷的能力，提高整体硬度。TiN涂层、TiSiErN涂层和ZrAlCuN涂层构成的多层涂层，综合了各涂层的优点，在提高涂层与刀具基体之间、以及涂层之间结合强度的同时，还兼具高硬度和高韧性，显著提高切削刀具的使用寿命，降低加工成本。
[0026]3、在沉积ZrAlCuN涂层之前进行了干式微喷砂处理，不规则白刚玉被压缩空气携带着冲击在先前形成的TiSiErN涂层上，不规则的边缘角对涂层有一定的切削作用，去除涂层表面污染物的同时，还为下一涂层的沉积提供了条件，在不规则的边缘角作用下涂层表面会不规则的微小凹坑(如图1)，因此干式微喷砂的时间不宜过长，压力不宜过大，不然反而会增加涂层表面的粗糙度。而上述微小的不规则凹坑则会在沉积ZrAlCuN涂层时结合得更加紧密，相对于两个界面平滑的涂层的结合，结合强度更高。而在沉积ZrAlCuN涂层完后再次进行湿式微喷砂，球状的白刚玉在水的作用下冲击在涂层表面，能够有效的改善涂层表面的粗糙度，表面更加的光滑，细微的球状凹陷使得光线在涂层表面反射会形成更好的光泽度(图2)；对沉积ZrAlCuN涂层进行微喷砂处理也会提高其与先形成的涂层的附着力，提高刀具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切削刀具的表面改性方法，其特征在于，依次包括以下步骤：S1、在清洗后的刀具基体表面通过多弧离子镀膜设备沉积TiN涂层；S2、在TiN涂层上沉积TiSiErN涂层；S3、将TiSiErN涂层进行干式微喷砂处理后，在磁控溅射设备中通入氩气和氮气混合气体至真空度为0.6
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0.8Pa，开启ZrAlCu合金靶，沉积ZrAlCuN涂层，冷却至室温后取出，进行湿式微喷砂处理，完成切削刀具的表面改性。2.根据权利要求1所述的切削刀具的表面改性方法，其特征在于，步骤S1中，刀具基体清洗的具体步骤为：S11、将刀具基体超声清洗后经自来水冲洗和去离子水漂洗，然后置于1wt％的盐酸中活化2
‑
3min，去离子水漂洗后置于丙酮中超声清洗18
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20min，烘干；S12、将烘干后的刀具基体置于真空条件加热至200
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400℃，通入氩气至真空度为1
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2Pa，开启偏压电源至1000
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1200V，进行氩离子溅射清洗；S13、氩离子溅射清洗后的刀具基体再通入氩气至真空度为0.4
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0.7Pa，功率为350
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400W，开启离子源清洗10
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20min，得清洗后的刀具基体。3.根据权利要求1所述的切削刀具的表面改性方法，其特征在于，步骤S1中，沉积TiN涂层时，压强为2
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4Pa，氮气流量为80
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100mL/min，电弧电流为100
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120A。4.根据权利要求1所述的切削刀具的表面改性方法，其特征在于，步骤S2中，沉积TiSiErN涂层时，采用含有0.5
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3wt％Er的SiTi靶材，Si和Ti质量比为1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝书，栾道成，罗德福，易文军，胡子康，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：