CN109207924A - 一种用于高速切削刀具的复合pvd涂层制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，包括对高速切削刀具本体进行清洗、风干预处理；通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层；使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理；对微喷砂处理后的高速切削刀具进行灰石清洗。本发明增加了软酸清洗和风干预处理的步骤，保证复合PVD涂层制备的效果，并通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层，具有良好的应用前景。

Description

一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺
技术领域
本发明涉及电气设备绝缘技术领域，具体涉及一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺。
背景技术
高性能涂层刀具已成为现代刀具的标志。目前，发达国家涂层刀具在刀具中所占比例已超过80%，并不断上升，刀具涂层技术已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一。金属氮化物硬质涂层具有较高的硬度和耐磨性，可有效降低各类机械磨损、化学腐蚀及高温氧化，从而使得涂层工具寿命显著提高。
在高速钢刀具基体和硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiC，TiAIN，Al203等）的涂层刀具，结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，降低了刀具与工件之间的摩擦因数，提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。因此，刀具涂层技术是解决刀具材料中硬度、耐磨性与强度、韧性之间矛盾的一个有效措施。刀具涂层是一种耐磨涂层，其特性要求是：耐磨性好、硬度高、化学稳定性好、摩擦系数低、导热性及稳定性好。
刀具涂层有类似于冷却液的功能，它产生一层保护层，把刀具与切削热隔离开来（因为难熔金属化合物有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数），使热量很少传到刀具，从而能在较长的时间内保持刀尖的坚硬和锋利。但是，当前刀具涂层多为单一PVD涂层，由于单一PVD涂层技术其固有的特点和局限性，往往很难满足机械加工对切削刀具苛刻的要求，而且，散热效果不佳，降低了单一PVD涂层高性能刀具的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的单一PVD涂层技术其固有的特点和局限性，往往很难满足机械加工对切削刀具苛刻的要求，且散热效果不佳的问题。本发明的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，在复合PVD涂层制备前，增加了软酸清洗和风干预处理的步骤，保证复合PVD涂层制备的效果，并通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层，能够确保高速切削刀具强度，保证使用寿命，工艺合理巧妙，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，包括以下步骤，
步骤（A），对高速切削刀具本体进行清洗、风干预处理；
步骤（B），通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层；
步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，以便增加寿命，微喷砂处理的材料去除机理，包括裂纹扩展导致的脆性去除和磨料微切削产生的塑性去除，所述微喷砂为金刚砂；
步骤（D）， 对微喷砂处理后的高速切削刀具进行灰石清洗。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，步骤（A），对高速切削刀具本体进行清洗，是采用弱酸清洗，弱酸清洗剂的质量百分比的原料组成如下：清洗主剂15-20％，膨松剂0.3-1.0％，助洗剂1-3％，金属缓蚀剂1.5-2.0％，表面活性剂0.5-1.0％，余量为水。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，所述纳米复合涂层为晶态/晶态：zrN/Cu和TiN/CBN，纳米复合膜的晶粒直径为8nm，纳米复合膜的厚度为20nm。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层，还含有MoS2WS3的硫族化合物的软涂层。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，喷砂压强为0.2-0.35MPa、微喷砂持续时间为6-8s、喷砂角度为45°、喷砂距离6-8mm。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，喷砂压强为0.3MPa、微喷砂持续时间为7s、喷砂角度为45°、喷砂距离7mm。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，所述金刚砂的粒径为8-12μm。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，所述金刚砂的粒径为10μm。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层位于纳米复合涂层的下方，且所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层的厚度为5-8μm。
前述的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层的厚度为6μm。
本发明的有益效果是：本发明的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，在复合PVD涂层制备前，增加了软酸清洗和风干预处理的步骤，保证复合PVD涂层制备的效果，并通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层，弧溅射方式与基体结合强度高、组织致密、表面光滑、尤其适于沉积高活性的元素TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层配合纳米复合涂层，能够确保高速切削刀具强度，保证使用寿命，工艺合理巧妙，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺的流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，包括以下步骤，
步骤（A），对高速切削刀具本体进行清洗、风干预处理；
步骤（B），通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层；
步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，以便增加寿命，微喷砂处理的材料去除机理，包括裂纹扩展导致的脆性去除和磨料微切削产生的塑性去除，所述微喷砂为金刚砂；
步骤（D）， 对微喷砂处理后的高速切削刀具进行灰石清洗。
优选的，步骤（A），对高速切削刀具本体进行清洗，是采用弱酸清洗，弱酸清洗剂的质量百分比的原料组成如下：清洗主剂15-20％，膨松剂0.3-1.0％，助洗剂1-3％，金属缓蚀剂1.5-2.0％，表面活性剂0.5-1.0％，余量为水，该弱酸清洗能够去除高速切削刀具本体上的污垢、油渍等脏污，提高高速切削刀具本体的整洁度，便于后续提高高速切削刀具本体的涂层效果。
优选的，所述纳米复合涂层为晶态/晶态：zrN/Cu和TiN/CBN，纳米复合膜的晶粒直径为8nm，纳米复合膜的厚度为20nm，纳米复合涂层能够增加高速切削刀具本体的韧性和强度，提高耐磨性能，延长使用寿命。
优选的，所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层，还含有MoS2WS3的硫族化合物的软涂层，能够提高TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层融合效果和融合效率。
优选的，步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，喷砂压强为0.2-0.35MPa、微喷砂持续时间为6-8s、喷砂角度为45°、喷砂距离6-8mm，进一步的喷砂压强为0.3MPa、微喷砂持续时间为7s、喷砂角度为45°、喷砂距离7mm，能够通过该微喷砂处理配合上述工艺参数的制定，提高涂层后的高速切削刀具，效果更为明显，延长使用寿命，所述金刚砂的粒径为8-12μm，优选的，金刚砂的粒径为10μm，保证微喷砂处理的效果。
优选的，所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层位于纳米复合涂层的下方，且所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层的厚度为5-8μm，进一步的TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层的厚度为6μm，该厚度能够确保高速切削刀具的强度，且成本适中。
综上所述，本发明的用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，在复合PVD涂层制备前，增加了软酸清洗和风干预处理的步骤，保证复合PVD涂层制备的效果，并通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层，弧溅射方式与基体结合强度高、组织致密、表面光滑、尤其适于沉积高活性的元素TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层配合纳米复合涂层，能够确保高速切削刀具强度，保证使用寿命，工艺合理巧妙，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），对高速切削刀具本体进行清洗、风干预处理；
步骤（B），通过弧溅射方式在高速切削刀具本体表面制备TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层和纳米复合涂层；
步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，以便增加寿命，微喷砂处理的材料去除机理，包括裂纹扩展导致的脆性去除和磨料微切削产生的塑性去除，所述微喷砂为金刚砂；
步骤（D）， 对微喷砂处理后的高速切削刀具进行灰石清洗。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：步骤（A），对高速切削刀具本体进行清洗，是采用弱酸清洗，弱酸清洗剂的质量百分比的原料组成如下：清洗主剂15-20％，膨松剂0.3-1.0％，助洗剂1-3％，金属缓蚀剂1.5-2.0％，表面活性剂0.5-1.0％，余量为水。
3.根据权利要求1所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：所述纳米复合涂层为晶态/晶态：zrN/Cu和TiN/CBN，纳米复合膜的晶粒直径为8nm，纳米复合膜的厚度为20nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层，还含有MoS2WS3的硫族化合物的软涂层。
5.根据权利要求1所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，喷砂压强为0.2-0.35MPa、微喷砂持续时间为6-8s、喷砂角度为45°、喷砂距离6-8mm。
6.根据权利要求5所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：步骤（C），使用喷嘴对涂层后的高速切削刀具表面进行微喷砂处理，喷砂压强为0.3MPa、微喷砂持续时间为7s、喷砂角度为45°、喷砂距离7mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：所述金刚砂的粒径为8-12μm。
8.根据权利要求7所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：所述金刚砂的粒径为10μm。
9.根据权利要求1所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层位于纳米复合涂层的下方，且所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层的厚度为5-8μm。
10.根据权利要求1所述的一种用于高速切削刀具的复合PVD涂层制备工艺，其特征在于：所述TiAlCrN、TiAlCrYN多元复合涂层的厚度为6μm。
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