[发明专利]一种激光熔覆石墨烯-陶瓷自润滑涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，涉及了一种激光熔覆石墨烯‑陶瓷自润滑涂层刀具及其制备方法。所述自润滑涂层刀具的基体材料为高速钢，刀具前刀面为石墨烯‑陶瓷自润滑涂层。该自润滑涂层通过将石墨烯添加至Al₂O₃或Si₃N₄基陶瓷混合粉末中，采用CO₂激光同步送粉方式在刀具前刀面熔覆制成。该刀具具有韧性好、硬度高及自润滑作用的特点。干切削时，利用石墨烯在陶瓷刀具表面形成连续的固体润滑膜，从而实现刀具本身的自润滑功能。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造领域，涉及了一种激光熔覆石墨烯-陶瓷自润滑涂层刀具及其制备方法。

背景技术

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，以降低摩擦从而提高刀具寿命。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：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。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，但该刀具并不能实现自润滑功能。中国专利“申请号：201610928498.7”报道了一种添加氧化铝包覆石墨烯的自润滑陶瓷刀具材料，将氧化铝包覆石墨烯添加至陶瓷刀具混合粉料中，采用真空热压烧结工艺制备出具有自润滑功效的陶瓷刀具材料。该刀具具有较高的硬度且具有较好的自润滑性能，但刀具韧性有待进一步提高。中国专利“申请号：201310465488.0”报道了一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法，采用激光送粉方式在刀具表面首先熔覆Al₂O₃陶瓷或硬质合金硬质涂层，然后熔覆镍包MoS₂或WS₂粉末软涂层，从而实现刀具表面既具有较高的硬度又具有自润滑功能。但该刀具经过长时间切削，表面软涂层磨损后，容易导致只残留硬涂层，从而减小了自润滑效果。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种激光熔覆石墨烯-陶瓷自润滑涂层刀具及其制备方法。该刀具表面具有较厚的自润滑涂层，涂层与基体之间具有较高的结合强度。同时，该刀具具有良好的韧性和极高的硬度。

技术方案：本发明是通过以下方法实现的：

本发明的一种激光熔覆石墨烯-陶瓷自润滑涂层刀具，刀具基体材料为高速钢，其特征在于刀具前刀面为石墨烯-陶瓷自润滑涂层。

一种激光熔覆石墨烯-陶瓷自润滑涂层刀具的制备方法，其特征在于：将石墨烯添加至Al₂O₃或Si₃N₄基等陶瓷混合粉末中，采用CO₂激光同步送粉方式在高速钢刀具前刀面熔覆一层石墨烯-陶瓷自润滑涂层，其具体的制备方法如下：

(1)将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20-30min，进行去油污处理；