一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法技术

本发明专利技术属于机械切削刀具制造领域，涉及一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法。该刀具前刀面涂层为多层结构，采用CO2激光同步送粉方式在刀具前刀面首先熔覆纳米Al2O3陶瓷或超细硬质合金等硬质涂层，然后采用镍包MoS2或WS2粉末熔覆自润滑软涂层。该刀具具有韧性好，硬度高及自润滑作用等特点。在干切削时，硬质涂层承受载荷，前刀面自润滑软涂层剪切强度较低，能够减少刀屑之间的摩擦，降低切削温度和切削力，从而减小刀具的磨损。该刀具可广泛应用于干切削和难加工材料切削的加工。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于机械切削刀具制造领域，涉及。该刀具前刀面涂层为多层结构，采用CO2激光同步送粉方式在刀具前刀面首先熔覆纳米Al2O3陶瓷或超细硬质合金等硬质涂层，然后采用镍包MoS2或WS2粉末熔覆自润滑软涂层。该刀具具有韧性好，硬度高及自润滑作用等特点。在干切削时，硬质涂层承受载荷，前刀面自润滑软涂层剪切强度较低，能够减少刀屑之间的摩擦，降低切削温度和切削力，从而减小刀具的磨损。该刀具可广泛应用于干切削和难加工材料切削的加工。【专利说明】一、
本专利技术属于机械切削刀具制造领域，涉及了。二、
技术介绍
由于切削液费用较高，且造成环境污染，干切削加工已成为绿色加工的一个研究热点。但高速干切削时，前刀面上刀屑之间的摩擦异常剧烈，产生了大量的热，导致了刀具的快速磨损。因此迫切需要研究开发无污染、高效且具有高硬度高耐磨性能的新型刀具，来降低高速干切削时的摩擦以提高刀具寿命。目前国内外广泛使用的切削刀具材料主要有高速钢，硬质合金、陶瓷及金刚石刀具等。高速钢导热性能差，硬度低，耐磨性能较差，因此不适合加工难加工材料；硬质合金及陶瓷刀具等由于材料本身的脆性较大，制造过程中容易出现刃口断裂导致刀具的寿命降低；金刚石刀具等制造成本较高。目前涂层刀具使用较为广泛，但由于其涂层厚度较薄，使用寿命有限。中国专利“申请号:CN02271902.4”报道了一种带激光熔覆合金层刃口的刀具，它是在日常生活用刀的刀刃处采用激光熔覆合金硬化层结构，以提高其硬度和耐磨性能。中国专利“申请号:CN03107823.0”报道了一种刀具及其加工方法，利用激光熔覆技术在刀具刀刃上熔覆一层纳米碳纤维，纳米陶瓷及超细硬质合金粉末组成的合金强化硬化层，提高其硬度和耐磨性能从而延长刀具寿命。中国专利“申请号:CN200910256536.9”报道了一种软硬复合涂层刀具及其制备方法，该刀具采用中频磁控沉积和多弧离子镀膜方法制备MoS2/ZrN复合涂层刀具，该刀具既具有较低的摩擦系数，又具有较高的硬度。但由于其涂层厚度较薄，因此作用时间较短。目前国内外未见激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的报道。三、
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种韧性好，强度高，硬度高且具有自润滑功能刀具的制备方法。本专利技术的一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具，基体材料为高速钢，采用CO2激光在刀具前刀面熔覆MoS2或WS2自润滑软涂层与纳米A2O3陶瓷或超细硬质合金等硬涂层的复合涂层，属于多层结构。该涂层刀具在干切削时，基体韧性较好，硬质涂层承受载荷，其表面软涂层能够形成有效的润滑膜，达到减小摩擦，降低切削力及切削温度目的，从而降低刀具磨损。本专利技术是通过以下方式实现的。激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的基体材料为高速钢，其制备方法为采用CO2激光同步送粉方式在高速钢刀具前刀面先熔覆纳米A2O3陶瓷或超细硬质合金等硬质涂层，再熔覆镍包MoS2*WS2自润滑软涂层，其制备方法的步骤如下:(I)将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理；(2)激光熔覆采用同步送粉方式进行熔覆，采用波长为10.6μπι的CO2激光，调整激光加工参数如下:激光功率为500-800W，光斑直径2-3_，扫描速度3-5mm/s，搭接率Φ=20-30% ；(3)将配制好的纳米A2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为15-20g/cm3，其中:纳米A2O3陶瓷粉末粒度约为100_150nm，主要成分(重量百分比):96-98%A203，1.5-2%Ni和0.5_1%A1 ;超细硬质合金粉末粒度均为100_500nm，主要成分为 70-80%WC,8-15%Co,3-6%ff, 1-2%VC, l-2%Cr3C2,0.5-1.5%Ni,0.5-1.5%A1 和0.5-1%Μο。Ni和Al的加入是为了提高涂层与基体的结合强度；(4)采用CO2激光通过同步送粉方式将纳米A2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末等硬质材料熔覆在刀具前刀面，其涂层厚度为500-1000 μ m;实验过程中送粉气与保护气均采用氩气，熔覆完成后对刀具表面进行修整；(5)将粒度为200-500nm镍包MoS2或WS2粉末装入送粉器，调整送粉器送粉速率为20g/cm3，其成分中MoS2或WS2含量为10_15%，Ni含量为85_90%。采用镍包MoS2或WS2粉末是为了减少激光熔覆过程中MoS2或WS2在高的温度下发生氧化；(6)采用CO2激光通过同步送粉方式将商用镍包MoS2或WS2自润滑软涂层材料熔覆在硬质涂层表面，其涂层厚度为100-500 μ m，熔覆完成后对刀具表面进行修整。通过上述制备的激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具，刀具整体韧性较好，表面硬度较高且具有自润滑功效。在干切削时，刀具硬质涂层部分承受载荷；表面软涂层由于其剪切强度较低，能够实现减摩效果，从而降低切削力和切削温度，减少刀具磨损。该刀具是一种适合难加工材料干切削加工且具有韧性好，硬度高和自润滑作用等特点的绿色切削刀具。四、【专利附图】【附图说明】图1是激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具结构示意图，其中:I为基体材料，2为硬质涂层，3为自润滑软涂层。五、【具体实施方式】实例1:，基体材料选用W18Cr4V高速钢刀具；表面自润滑软涂层材料为镍包MoS2，硬质涂层材料为纳米Al2O3陶瓷；熔覆方式为CO2激光同步送粉方式熔覆。其制备方法如下:(I)将W18Cr4V高速钢刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理；(2)采用波长为10.6μπι的CO2激光，调整激光参数如下:激光功率为600W，光斑直径2mm，扫描速度5mm/s，搭接率Φ = 25%。 (3)将粒度为100-150nm的A2O3陶瓷粉末充分混合，其主要成分为97%A203，2%Ni和1%A1 ;将配制好的纳米Al2O3陶瓷粉末装入送粉器。调整送粉器送粉速率为15g/cm3。(4)采用同步送粉方式进行激光熔覆纳米A2O3陶瓷硬质涂层，涂层厚度约为500 μ m，熔覆过程中送粉气与保护气均采用氩气；熔覆完成后对刀具表面进行修整。(5)将粒度为200_500nm镍包MoS2粉末装入送粉器，其成分中MoS2含量为10%，Ni含量为90%。调整送粉器送粉速率为20g/cm3。(6)采用同步送粉方式进行激光熔覆MoS2自润滑软涂层，涂层厚度约为200μπι，熔覆过程中送粉气与保护气均采用氩气；熔覆完成后对刀具表面进行修整。实例2:，基体材料选用W6Mo5Cr4V2高速钢刀具；表面自润滑软涂层材料为镍包WS2，硬质涂层材料为超细硬质合金；熔覆方式为CO2激光同步送粉方式熔覆。其制备方法如下:(I)将W6Mo5Cr4V2高速钢刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理；(2)采用波长为10.6μπι的CO2激光，调整激光参数如下:激光功率为600W，光斑直径3mm，扫描速度4mm/s，搭接率Φ = 30%。(3)将粒度为100_500nm的超细硬质合金粉末充分混合，其主要成分为80%WC，10%Co，5%W，1.5%VC，l%Cr3C2及l%Ni，1%A1和0.5%Mo ;将配制好的超细硬质合金粉末装入送粉器。调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具，基体材料为高速钢，其特征在于采用CO2激光同步送粉方式在高速钢刀具前刀面先熔覆纳米A2O3陶瓷或超细硬质合金等硬质涂层，再熔覆MoS2或WS2自润滑软涂层，其制备方法的步骤如下：(1)将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理；(2)激光熔覆采用同步送粉方式进行熔覆，采用波长为10.6μm的CO2激光，调整激光加工参数如下：激光功率为500?800W，光斑直径2?3mm，扫描速度3?5mm/s，搭接率Φ＝20?30%；(3)将配制好的纳米A2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为15?20g/cm3，其中：纳米A2O3陶瓷粉末粒度约为100?150nm，主要成分(重量百分比)：96?98%A2O3，1.5?2%Ni和0.5?1%Al；超细硬质合金粉末粒度均为100?500nm，主要成分为70?80%WC，8?15%Co，3?6%W，1?2%VC，1?2%Cr3C2，0.5?1.5%Ni，0.5?1.5%Al和0.5?1%Mo；(4)采用CO2激光通过同步送粉方式将纳米A2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末等硬质材料熔覆在刀具前刀面，其涂层厚度为500?1000μm；送粉气与保护气均采用氩气，熔覆完成后对刀具表面进行修整；(5)将粒度为200?500nm镍包MoS2或WS2粉末装入送粉器，调整送粉器送粉速率为20g/cm3，其成分中MoS2或WS2含量为10?15%，Ni含量为85?90%；(6)采用CO2激光通过同步送粉方式将商用镍包MoS2或WS2自润滑软涂层材料熔覆在硬质涂层表面，其涂层厚度为100?500μm，熔覆完成后对刀具表面进行修整。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢佑强，邓建新，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：