[发明专利]纳秒激光制备疏水性切削液梯度润湿性的陶瓷刀具的方法

说明书

本发明公开了一种纳秒激光制备疏水性切削液梯度润湿性的陶瓷刀具的方法，先对陶瓷刀具进行洁净处理，待室温晾干后备用；将清洁后的陶瓷片均等份依次划分成若干个微凹坑阵列区域单元，通过激光扫描在每个凹坑阵列区域单元中加工出呈阵列分布的微凹坑，每个微凹坑阵列区域单元中的微凹坑个数相同，微凹坑的直径依次增大；将激光处理完后的陶瓷片样品再次进行洁净处理晾干，得到清洁的陶瓷片样品；测量陶瓷片样品的接触角；将测量后的陶瓷刀具进行清洗，待干燥后用锡箔纸包裹住陶瓷刀具进行烘烤处理；运用接触角测量仪分析液滴切削液在梯度润湿性表面的运动状态。本发明使陶瓷刀具表面具有梯度润湿性，进而达到改善陶瓷刀具切削性能的目的。

技术领域

本发明涉及金属陶瓷刀具技术领域，具体而言，涉及一种纳秒激光制备疏水性切削液梯度润湿性的陶瓷刀具的方法。

背景技术

陶瓷刀具作为一种非金属切削刀具，由于其具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性强及高温力学性能良好等特点，现在正被推广应用于机械加工的各个领域。目前为改善陶瓷刀具的切削性能、减少刀具磨损，研究出了一系列新型陶瓷刀具。然而以往的研究大多注重改变刀具使用材料，而忽视了刀具表面微结构对刀具切削性能的影响。合理地改善刀具表面润湿性能够有效的提高润滑液的使用效率，进而能够有效地减少摩擦，降低摩擦系数，改善刀具的工作环境，最终可以有效地改善刀具的切削性能。

梯度润湿性是指在表面一定范围内润湿性表面化学组成或物理性质发生梯度变化致使材料表面润湿性发生梯度变化。表面润湿性梯度材料主要包括两类：表面化学组成梯度调控下梯度润湿性材料和表面形貌材料调控下梯度润湿性材料。

通过电化学刻蚀法制备梯度润湿性表面由于存在加工时间长，成本高，对环境条件要求高，工艺复杂等问题。而激光加工能够经济、环保且高效地制备梯度润湿性表面，因此近年来广泛的应用于材料表面加工。

发明内容

本发明的目的在于提供利用纳秒激光加工梯度疏水性切削液陶瓷刀具的方法，在陶瓷刀具表面制备具有梯度变化的表面形貌微结构，使水和切削液在刀具上具有良好的流动性和定向移动性，同时对刀具表面切削热、刀具减阻与刀具表面自清洁等方面起到改善作用，提高了刀具的切削性能的同时也延长了刀具的使用寿命

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳秒激光制备疏水性切削液梯度润湿性的陶瓷刀具的方法，包括如下步骤：

步骤S1.先对陶瓷刀具进行洁净处理，待室温晾干后备用；

步骤S2.将清洁后的陶瓷片均等份依次划分成若干个微凹坑阵列区域单元，利用纳秒激光加工技术，将样品放入加工平台；

步骤S3.通过激光扫描在每个凹坑阵列区域单元中加工出呈阵列分布的微凹坑，每个微凹坑阵列区域单元中的微凹坑个数相同，微凹坑的直径依次增大；

步骤S4.将激光处理完后的陶瓷片样品再次进行洁净处理，然后晾干，得到清洁的陶瓷片样品；

步骤S5.测量上述步骤中处理得到的陶瓷片样品的接触角；

步骤S6.将测量后的陶瓷刀具进行清洗，待干燥后用锡箔纸包裹住陶瓷刀具进行烘烤处理；

步骤S7.运用接触角测量仪分析液滴切削液在梯度润湿性表面的运动状态。

进一步，在上述步骤S1中，其具体方法是将陶瓷刀具前刀面及负倒棱处研磨抛光，使其表面粗糙度Ra降低到0.4μm以下，在酒精和丙酮中超声清洗两次，每次20分钟。

进一步，所述微凹坑直径为20～160μm。

进一步，所述微凹坑为间距为250μm的圆形凹坑。

进一步，所述步骤S3中具体方法为，固定工件不动，激光束通过振镜扫描系统实现激光束位置移动，选择扫线模式使激光垂直射入工件表面。