[发明专利]一种复合润湿刀具及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合润湿刀具，所述刀具的前刀面上设有超疏液层，靠近切削刃附近的所述超疏液层上设有亲液微织构，用于减小刀屑间的摩擦和粘结。所述亲液微织构包括亲液毛化织构和亲液凹槽织构；所述亲液毛化织构为火山口状或球冠状或W状形貌织构，所述亲液毛化织构分布在切削刃附近的所述超疏液层上，用于储存切削液；所述亲液凹槽织构位于亲液毛化织构后面，用于将切削液引导到刀屑接触区域。本发明能够实现切削液的定向流动，有利于减小刀‑工界面及刀‑屑界面的摩擦力，为刀具减摩抗粘提供便利。

技术领域

本发明涉及刀具表面处理领域，特别涉及一种复合润湿刀具及其制备方法。

背景技术

近年来，极端润湿性表面和材料由于其独特的特性受到科学家们广泛的关注。自然界中的荷叶效应给人类带来了启发：表面微织构和化学成分的相互作用导致水滴在表面形成球状，体现为超疏水性。润湿性由接触角表示，接触角小于5°为超亲水性，小于90°为亲水性；大于90°小于150°为疏水性，150°以上为超疏水性。然而表面的化学组成和表面形态会影响液滴在固体表面上的接触角，对于许多激光刻蚀过的金属材料表面，其材料表面固有的高表面能和表面形貌往往使其呈现超亲水性，若要亲疏复合润湿，需要对表面进行化学改性提高表面的疏水性。使用接触角测量仪和激光共聚焦显微镜以及扫描电子显微镜等设备表征分析了制备样品表面的润湿性和微观形貌。

查阅过往文献，对于润湿刀具方面的专利提及较少，故本发明利用激光刻蚀与化学表面改性实现刀具表面的超疏水/亲水复合表面来实现液滴的收集和存储，改善刀具粘结区的润滑状态，有效降低刀具的切削温度，延长刀具的使用寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种复合润湿刀具及其制备方法，能够实现切削液的定向流动，有利于减小刀-工界面及刀-屑界面的摩擦力，为刀具减摩抗粘提供便利。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种复合润湿刀具，所述刀具的前刀面上设有超疏液层，靠近切削刃附近的所述超疏液层上设有亲液微织构，用于减小刀屑间的摩擦和粘结。

进一步，所述亲液微织构包括亲液毛化织构和亲液凹槽织构；所述亲液毛化织构为火山口状或球冠状或W状形貌织构，所述亲液毛化织构分布在切削刃附近的所述超疏液层上，用于储存切削液；所述亲液凹槽织构位于亲液毛化织构后面，用于将切削液引导到刀屑接触区域。

进一步，所述亲液毛化织构的面积占疏液层总面积的10％～30％。

进一步，所述亲液毛化织构为火山口状形貌织构，所述火山状口形貌织构的最大直径为150～250μm，所述火山状口形貌织构的高度为4～6μm，相邻所述火山口状形貌织构的间距250～350μm。

进一步，经激光表面加工和硬脂酸修饰使所述刀具表面形成为超疏液层。

一种复合润湿刀具的制备方法，包括如下步骤：

在刀具前刀面且靠近切削刃位置激光加工亲液微织构；

通过硬脂酸修饰使具有亲液微织构的所述刀具表面形成为超疏液层；

通过激光加工去除所述亲液微织构表面的超疏液层。

进一步，通过激光表面加工和硬脂酸修饰使具有亲液微织构的所述刀具表面形成为超疏液层，具体为：

用超短脉冲激光加工刀具表面；

将刀具浸入0.02mol/L硬脂酸溶液中浸泡2h后取出，然后放在120℃的干燥烘箱中干燥0.5h。

进一步，通过激光加工亲液微织构的激光参数为：

激光波长为1064nm，激光功率2～60W，脉冲宽度0.3～20ms，离焦量0mm，脉冲频率1～100HZ，扫描速度1～2.5mm/s，气体压力0～1MPa。