[发明专利]一种刀具表面抗粘减摩微镶嵌复合织构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械切削刀具制造技术领域，特指一种刀具表面抗粘减摩微镶嵌复合织构及其制备方法，用于解决高速切削、干切削以及难加工材料加工过程中刀具耐用度和切削效率较低的问题。

背景技术

金属切削加工过程中，刀具与工件、切屑之间的剧烈摩擦及其与切削热的共同作用将引起刀具磨损并降低加工质量。特别是对于难加工材料, 如钛合金、高温合金、超高强度钢等，以及在干切削条件下, 刀具的快速磨损已成为制约切削效率进一步提高的关键难题。研究表明，刀具表面织构对于刀-屑接触面摩擦、润滑及磨损和加工表面质量有着十分重要的影响。

申请号为CN200810189022的中国授权发明专利公开了一种用于水润滑的织构化类金刚石复合薄膜的制备方法。该方法采用激光表面微造型技术，能够在工件表面获得微织构形貌造型，然后通过磁控溅射沉积技术在工件表面获得类金刚石薄膜。薄膜大大提高了常规类金刚石薄膜在水润滑条件下的稳定性和减摩抗磨性能，摩擦系数降低高达40％，耐磨性提高1～3倍。适用用水环境下的机械密封环、推力轴承以及其他机械传动摩擦副的表面防护与强化。该专利未涉及刀具表面的复合织构处理。申请号为CN201010299372的中国申请发明专利公开了一种具有优异纳米摩擦学表现的规则微、纳织构金表面的加工方法，该方法包括利用等离子体刻蚀复制模塑法和表面化学修饰法相结合，实现在金表面上构筑多种类型的规则微、纳织构。该专利未涉及金属切削刀具材料表面的复合织构处理。 申请号为CN200910117691的中国申请发明专利公开了一种多尺度仿生织构表面的加工方法。该方法结合表面复型法和电沉积方法，在金属表面上微加工出具有生物表面高精度仿生织构电镀层。但考虑到电镀层的硬度及其与基体的结合强度原因，该方法形成的织构表面不能适应金属切削加工的要求。申请号为CN201010124734的中国申请发明专利公开了一种微纳复合织构化刀具的飞秒激光制备方法。该发明利用飞秒激光在刀具表面进行微纳织构以及微/纳复合织构制备。该方法克服了微米尺度织构化的单一性，但未涉及刀具表面毛化与微镶嵌复合织构处理。申请号为CN201110089826的中国申请发明专利公开了一种微织构自润滑钻头及其制备方法。该方法在钻头前刀面刀-屑接触区利用激光加工出多个填充固体润滑剂的微织构，并将固体润滑剂粉末采用硬脂酸调成稠糊状填入刀具表面微织构，以提高钻头的使用寿命。该方法未涉及到刀具表面抗粘毛化处理及固体润滑剂的微镶嵌固化处理。申请号为CN201110369863中国申请发明专利公开了薄膜涂层微纳米织构制备方法及其装置。该方法未涉及刀具表面毛化与微镶嵌自润滑复合织构处理。申请号为CN201210118555的中国申请发明专利公开了一种激光光刻辅助电化学沉积制备微织构方法及其装置。但考虑到电镀层的硬度及其与基体的结合强度较低的原因，该方法形成的表面毛化凸体难以适应金属切削加工的要求。申请号为CN201110148422.x中国授权发明专利公开了一种金属塑性成形模具织构化自润滑处理方法。该方法未涉及刀具表面毛化与微镶嵌复合织构处理。申请号为CN201110353909的中国申请发明专利公开了一种WS2软涂层纳织构自润滑刀具及其制备方法。该刀具基体材料为高速钢或硬质合金，刀具前刀面刀-屑接触区带有飞秒激光加工出的纳织构，在纳织构刀具表面采用中频磁控溅射沉积+多弧离子镀法沉积WS2软涂层。该刀具不仅具有软涂层自润滑效应，还具有纳织构自润滑效应。但软涂层自润滑刀具的软涂层磨损后难以补充，该方法也未涉及刀具表面抗粘毛化与微镶嵌复合织构处理。申请号为CN201010132539的中国申请发明专利公开了一种柔性电极电火花零件表面造型和表面毛化方法。对零件表面通过电火花放电进行造型处理。由于在电火花放电加工过程中，电极容易发生损耗变形，所以加工形貌难以得到有效控制。

为了提高切削过程中刀具表面的抗粘结性能、减小摩擦、降低刀具磨损、提高刀具的使用寿命，申请人通过毛化技术与微镶嵌复合织构技术的有效结合，形成一种新的刀具表面抗粘减摩微镶嵌复合织构方法,以达到提高刀具耐用度和切削效率,保证工件表面加工质量的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刀具表面抗粘减摩微镶嵌复合织构的制备方法，目的在于减小摩擦、降低切削力和切削温度、减轻刀具磨损，提高切削加工过程中刀具耐用度和切削效率。