CN103522652B - 一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法 - Google Patents

一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103522652B
CN103522652B CN201310465488.0A CN201310465488A CN103522652B CN 103522652 B CN103522652 B CN 103522652B CN 201310465488 A CN201310465488 A CN 201310465488A CN 103522652 B CN103522652 B CN 103522652B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cutter
powder
coating
laser
self
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310465488.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103522652A (zh
Inventor
邢佑强
邓建新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201310465488.0A priority Critical patent/CN103522652B/zh
Publication of CN103522652A publication Critical patent/CN103522652A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103522652B publication Critical patent/CN103522652B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明属于机械切削刀具制造领域，涉及了一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法。该刀具前刀面涂层为多层结构，采用CO2激光同步送粉方式在刀具前刀面首先熔覆纳米Al2O3陶瓷或超细硬质合金硬质涂层，然后采用镍包MoS2或镍包WS2粉末熔覆自润滑软涂层。该刀具具有韧性好，硬度高及自润滑作用等特点。在干切削时，硬质涂层承受载荷，前刀面自润滑软涂层剪切强度较低，能够减少刀屑之间的摩擦，降低切削温度和切削力，从而减小刀具的磨损。该刀具可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工。

Description

一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法
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软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法。
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，来降低高速干切削时的摩擦以提高刀具寿命。
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：CN02271902.4”报道了一种带激光熔覆合金层刃口的刀具，它是在日常生活用刀的刀刃处采用激光熔覆合金硬化层结构，以提高其硬度和耐磨性能。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。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。目前国内外未见激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种韧性好，强度高，硬度高且具有自润滑功能的刀具的制备方法。
本发明的一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具，基体材料为高速钢，采用CO2激光在刀具前刀面熔覆镍包MoS2或镍包WS2自润滑软涂层与纳米Al2O3陶瓷或超细硬质合金硬涂层的复合涂层，属于多层结构。该涂层刀具在干切削时，基体韧性较好，硬质涂层承受载荷，其表面软涂层能够形成有效的润滑膜，达到减小摩擦，降低切削力及切削温度目的，从而降低刀具磨损。
本发明是通过以下方式实现的。
激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的基体材料为高速钢，其制备方法为采用CO2激光同步送粉方式在高速钢刀具前刀面先熔覆纳米Al2O3陶瓷或超细硬质合金硬质涂层，再熔覆镍包MoS2或镍包WS2自润滑软涂层，其制备方法的步骤如下：
(1)将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理；
(2)激光熔覆采用同步送粉方式进行熔覆，采用波长为10.6μm的CO2激光，调整激光加工参数如下：激光功率为500-800W，光斑直径2-3mm，扫描速度3-5mm/s，搭接率Φ＝20-30％；
(3)将配制好的纳米Al2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为15-20g/cm3，其中：纳米Al2O3陶瓷粉末粒度约为100-150nm，主要成分(重量百分比)：96-98％Al2O3，1.5-2％Ni和0.5-1％Al；超细硬质合金粉末粒度均为100-500nm，主要成分(重量百分比)：70-80％WC，8-15％Co，3-6％W，1-2％VC，1-2％Cr3C2，0.5-1.5Ni，0.5-1.5％Al和0.5-1％Mo。Ni和Al的加入是为了提高涂层与集体的结合强度；
(4)采用CO2激光通过同步送粉方式将纳米Al2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末硬质材料熔覆在刀具前刀面，其涂层厚度为500-1000μm；实验过程中送粉气与保护气均采用氩气，熔覆完成后对刀具表面进行修整；
(5)将粒度为200-500nm镍包MoS2或镍包WS2粉末装入送粉器，调整送粉器送粉速率为20g/cm3，其成分中MoS2或WS2的重量百分比为10-15％，Ni的重量百分比为85-90％。采用镍包MoS2或镍包WS2粉末是为了减少激光熔覆过程中MoS2或WS2在高的温度下发生氧化；
(6)采用CO2激光通过同步送粉方式将装入送粉器中的镍包MoS2或镍包WS2自润滑软涂层材料熔覆在硬质涂层表面，其涂层厚度为100-500μm，熔覆完成后对刀具表面进行修整。
通过上述制备的激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具，刀具整体韧性较好，表面硬度较高且具有自润滑功效。在干切削时，刀具硬质涂层部分承受载荷；表面软涂层由于其剪切强度较低，能够实现减摩效果，从而降低切削力和切削温度，减少刀具磨损。该刀具是一种适合难加工材料干切削加工且具有韧性好，硬度高和自润滑作用等特点的绿色切削刀具。
附图说明
图1是激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具结构示意图，其中：1为基体材料，2为硬质涂层，3为自润滑软涂层。
具体实施方式
实例1：
一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法，基体材料选用W18Cr4V高速钢刀具；表面自润滑软涂层材料为镍包MoS2，硬质涂层材料为纳米Al2O3陶瓷；熔覆方式为CO2激光同步送粉方式熔覆。其制备方法如下：
(1)将W18Cr4V高速钢刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理。
(2)实验采用波长为10.6μm的CO2激光，调整激光参数如下：激光功率为600W，光斑直径2mm，扫描速度5mm/s，搭接率Φ＝25％。
(3)将粒度为100-150nm的Al2O3陶瓷粉末充分混合，其主要成分(重量百分比)：97％Al2O3，2％Ni和1％Al；将配制好的纳米Al2O3陶瓷粉末装入送粉器。调整送粉器送粉速率为15g/cm3。
(4)采用同步送粉方式进行激光熔覆纳米Al2O3陶瓷硬质涂层，涂层厚度约为500μm，熔覆过程中送粉气与保护气均采用氩气；熔覆完成后对刀具表面进行修整。
(5)将粒度为200-500nm镍包MoS2粉末装入送粉器，其成分中MoS2的重量百分比为10％，Ni的重量百分比为90％。调整送粉器送粉速率为20g/cm3。
(6)采用同步送粉方式进行激光熔覆镍包MoS2自润滑软涂层，涂层厚度约为200μm，熔覆过程中送粉气与保护气均采用氩气；熔覆完成后对刀具表面进行修整。
实例2：
一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法，基体材料选用W6Mo5Cr4V2高速钢刀具；表面自润滑软涂层材料为镍包WS2，硬质涂层材料为超细硬质合金；熔覆方式为CO2激光同步送粉方式熔覆。其制备方法如下：
(1)将W6Mo5Cr4V2高速钢刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理。
(2)实验采用波长为10.6μm的CO2激光。调整激光参数如下：激光功率为600W，光斑直径3mm，扫描速度4mm/s，搭接率Φ＝30％。
(3)将粒度为100-500nm的超细硬质合金粉末充分混合，其主要成分(重量百分比)：80％WC，10％Co，5％W，1.5％VC，1％Cr3C2及1％Ni，1％Al和0.5％Mo；将配制好的超细硬质合金粉末装入送粉器。调整送粉器送粉速率为20g/cm3。
(4)采用同步送粉方式进行激光熔覆超细硬质合金硬质涂层，涂层厚度约为1000μm，熔覆过程中送粉气与保护气均采用氩气；熔覆完成后对刀具表面进行修整。
(5)将粒度为200-500nm的镍包WS2粉末装入送粉器，其成分中WS2的重量百分比为15％，Ni的重量百分比为85％。调整送粉器送粉速率为15g/cm3。
(6)采用同步送粉方式进行激光熔覆镍包WS2自润滑软涂层，涂层厚度约为500μm，熔覆过程中送粉气与保护气均采用氩气；熔覆完成后对刀具表面进行修整。

Claims (1)

1.一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具，基体材料为高速钢，其特征在于采用CO2激光同步送粉方式在高速钢刀具前刀面先熔覆纳米Al2O3陶瓷或超细硬质合金硬质涂层；再熔覆镍包MoS2或镍包WS2自润滑软涂层，其制备方法的步骤如下：
(1)将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗20min，进行去油污处理；
(2)激光熔覆采用同步送粉方式进行熔覆，采用波长为10.6μm的CO2激光，调整激光加工参数如下：激光功率为500-800W，光斑直径2-3mm，扫描速度3-5mm/s，搭接率Φ＝20-30％；
(3)将配制好的纳米Al2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为15-20g/cm3，其中：纳米Al2O3陶瓷粉末粒度为100-150nm，主要成分(重量百分比)：96-98％Al2O3，1.5-2％Ni和0.5-1％Al；超细硬质合金粉末粒度为100-500nm，主要成分(重量百分比)：70-80％WC，8-15％Co，3-6％W，1-2％VC，1-2％Cr3C2，0.5-1.5％Ni，0.5-1.5％Al和0.5-1％Mo；
(4)采用CO2激光通过同步送粉方式将纳米Al2O3陶瓷粉末或超细硬质合金粉末硬质材料熔覆在刀具前刀面，其涂层厚度为500-1000μm；送粉气与保护气均采用氩气，熔覆完成后对刀具表面进行修整；
(5)将粒度为200-500nm镍包MoS2或镍包WS2粉末装入送粉器，调整送粉器送粉速率为20g/cm3，其成分中MoS2或WS2的重量百分比为10-15％，Ni的重量百分比为85-90％；
(6)采用CO2激光通过同步送粉方式将装入送粉器中的镍包MoS2或镍包WS2粉末熔覆在硬质涂层表面，形成自润滑软涂层，所述的自润滑软涂层厚度为100-500μm，熔覆完成后对刀具表面进行修整。
CN201310465488.0A 2013-09-30 2013-09-30 一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法 Expired - Fee Related CN103522652B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310465488.0A CN103522652B (zh) 2013-09-30 2013-09-30 一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310465488.0A CN103522652B (zh) 2013-09-30 2013-09-30 一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103522652A CN103522652A (zh) 2014-01-22
CN103522652B true CN103522652B (zh) 2015-06-03

Family

ID=49925176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310465488.0A Expired - Fee Related CN103522652B (zh) 2013-09-30 2013-09-30 一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103522652B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110016653A (zh) * 2019-04-11 2019-07-16 东南大学 一种原子层沉积软硬复合涂层自润滑刀具及其制备方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104551247A (zh) * 2014-12-30 2015-04-29 苏州用朴合金工具有限公司 一种波形螺旋刃铰刀
CN105108444B (zh) * 2015-09-11 2017-12-26 江苏万力机械股份有限公司 高温服役剪切装备刀具的修复及强化方法
CN106914612B (zh) * 2017-03-09 2019-05-10 洛阳理工学院 石墨烯-铬钛铝复合材料的制备方法及其在刀具上的应用
CN107142476B (zh) * 2017-05-26 2023-09-29 深圳大学 自润滑耐磨涂层及其制备方法
CN107513684B (zh) * 2017-07-17 2019-12-10 中国兵器科学研究院宁波分院 自润滑复合涂层、涂层制备方法以及具有该涂层的制品
CN108251783B (zh) * 2017-12-21 2020-06-26 中国石油大学(华东) 一种激光微织构表面真空等离子自润滑涂层的制备方法
CN108165988B (zh) * 2018-01-26 2019-08-20 东南大学 梯度涂层刀具及其制备方法
CN109161846A (zh) * 2018-10-24 2019-01-08 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种铝制工件表面的复合涂层及其应用
CN109183027B (zh) * 2018-10-26 2020-11-24 江苏理工学院 一种固体自润滑耐磨耐蚀复合涂层及其制备方法
CN109504963B (zh) * 2018-12-20 2020-08-18 兰州空间技术物理研究所 一种抗辐射固体润滑涂层及其制备方法
CN111058774B (zh) * 2019-12-12 2021-08-27 北京工商大学 一种用于钻进砂石土层的截齿及其制备方法
CN111411358A (zh) * 2020-05-18 2020-07-14 青岛科技大学 一种横向软硬相间的自润滑涂层的制备方法
CN114250466B (zh) * 2022-03-01 2022-05-03 潍坊学院 一种钛合金表面激光熔覆涂层的制备方法
CN117403302B (zh) * 2023-12-15 2024-02-13 宝露精工科技(无锡)有限公司 一种高强高韧轴承用钢及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0192381A (ja) * 1987-10-02 1989-04-11 Inoue Japax Res Inc マイクロ溶着
JP2690794B2 (ja) * 1989-11-08 1997-12-17 松下電工株式会社 刃 物
CA2078245A1 (en) * 1991-09-23 1993-03-24 Roland Dubach Machining tools
CN1252315C (zh) * 2002-12-20 2006-04-19 清华大学 硬质合金涂层的激光直接合成与制造方法
CN102071417A (zh) * 2010-09-28 2011-05-25 富美科技有限公司 一种出粉刀耐磨层及处理工艺

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110016653A (zh) * 2019-04-11 2019-07-16 东南大学 一种原子层沉积软硬复合涂层自润滑刀具及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103522652A (zh) 2014-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103522652B (zh) 一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法
CN107338437B (zh) 一种激光熔覆石墨烯-陶瓷自润滑涂层刀具及其制备方法
CN108165988B (zh) 梯度涂层刀具及其制备方法
CN110343991B (zh) 一种减摩抗磨自润滑涂层轴承及其制备方法
CN103111819A (zh) 一种刀具表面抗粘减摩微镶嵌复合织构的制备方法
CN110205624A (zh) 一种叠层硬涂层自润滑刀具及其制备方法
CN110257822A (zh) 一种增韧补强原位反应式微织构自润滑涂层刀具及其制备方法
CN110318017A (zh) 一种增韧补强原位反应式微织构自润滑轴承及其制备方法
CN102618771A (zh) 新型高速列车受电弓滑块材料
CN112609178B (zh) 一种增材制造宽温域自润滑涂层刀具及其制备方法
CN109183027B (zh) 一种固体自润滑耐磨耐蚀复合涂层及其制备方法
CN103255413B (zh) 铜及铜合金表面激光熔覆钴基自润滑涂层及制备工艺
CN108950537A (zh) 立方氮化硼自润滑涂层刀具及其制备方法
CN107460475B (zh) 一种自润滑轴承及其制备方法
CN110241347B (zh) 一种超硬自润滑涂层刀具及其制备方法
CN104372337A (zh) 一种Ni-TiO2纳米涂层及其制备方法
CN101596593A (zh) 石油钻头胎体粉
CN2936731Y (zh) 一种聚晶金刚石复合片钛镍复合结构
CN101745680A (zh) 大螺旋角硬质合金型线铣刀
CN210304434U (zh) 一种面向绿色加工的纳米cbn涂层刀具
CN213859705U (zh) 一种带有TaC涂层的硬质合金圆锯片
Wei et al. Tool wear morphologies and mechanisms for cutting C f/Mg composites
CN202344616U (zh) 耐磨锯片
CN202878787U (zh) 一种硬质合金与耐磨钢融合的复合件
CN203265668U (zh) 一种表面涂覆有抗冲击耐磨涂层的cbn刀片

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150603

Termination date: 20170930