CN104960276A - 用于门铰链加工的表面涂层及钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于门铰链加工的表面涂层及钻头，其中，所述表面涂层依次包括：底层、中间层、以及表层，所述底层、中间层、以及表层自下而上依次设置；所述底层为TiAlN层；所述中间层包括多层层叠设置的TiSiN-TiAlN层；所述表层为TiSiN层。本发明的表面涂层结合力牢固，且硬度高，同时消除了内部应力，使得相应钻头切削速度可提高20～30％，寿命相比采用其他Si系列涂层的钻头，可以提高50％-60％。从而，有效提升了门铰链孔加工效率和质量，获得了显著的经济效益和社会效应。

Description

用于门铰链加工的表面涂层及钻头
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种用于门铰链加工的表面涂层及钻头。
背景技术
目前，涂层技术已经广泛应用在各个行业，通过涂层技术，能有效提高各种材料的使用寿命。在刀具领域，涂层被认为是刀具的第二次革命，因为涂层不仅大大提高了刀具的加工效率，而且还能比没有涂层的刀具寿命增加几倍甚至几十倍之多。其中，PVD涂层相对其他涂层来说有着更广阔的发展空间，因为其在整个生产过程中不产生任何废气及废液，不会对环境造成任何危害。最近十年，PVD涂层技术得到了快速的发展。
近几年，涂层研究方向都在往高硬加工及难加工方向进行研究，而对于普通材料的加工则投入的研发力度相对较少，而该涂层恰恰适用于普通车门铰链的钻屑加工。随着汽车生产技术的进一步提高，汽车产量也在不断加大，每辆车至少使用8个门铰链，因此每年门铰链的生产数量是巨大的。
然而，汽车门铰链成型目前基本采用冷压一体成型的方式，然后需要对成型而成的工件进行钻孔。从而，钻孔加工为门铰链机械加工成本的主要部分，对此，如果提高钻孔加工的效率，增加刀具寿命，则可以有效降低门铰链生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于门铰链加工的表面涂层及钻头，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述目的，本发明提供一种用于门铰链加工的表面涂层，其包括：底层、中间层、以及表层，所述底层、中间层、以及表层自下而上依次设置；
所述底层为TiAlN层；
所述中间层包括多层层叠设置的TiSiN-TiAlN层；
所述表层为TiSiN层。
作为本发明的表面涂层的改进，所述TiSiN-TiAlN层包括层叠设置的TiSiN子单元层和TiAlN子单元层，任一TiSiN-TiAlN层中，所述TiSiN子单元层位于所述TiAlN子单元层下方。
作为本发明的表面涂层的改进，所述中间层中，所述TiSiN子单元层和TiAlN子单元层交替设置。
作为本发明的表面涂层的改进，任一TiSiN-TiAlN层中，所述TiSiN子单元层和TiAlN子单元层的比例为1:1。
作为本发明的表面涂层的改进，所述TiSiN-TiAlN层的数量为四层。
作为本发明的表面涂层的改进，所述TiSiN层的厚度为所述TiSiN-TiAlN层厚度的四分之一。
为实现上述目的，本发明还提供一种钻头，其包括钻头本体、以及覆盖于所述钻头本体表面的涂层，所述钻头本体表面的涂层为权利要求1-6任一项所述的用于门铰链加工的表面涂层。
作为本发明的钻头的改进，所述钻头本体的材质为硬质合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的用于门铰链加工的表面涂层及钻头取消了打底层，在不设置打底层的条件下，很好的解决表面涂层结合力问题。其加工简单，使得钻头与表面涂层之间不需要TiN，同时可有效提高表面涂层的硬度。
此外，表面涂层采用TiAlN和TiSiN相互交错的结构，并通过控制二者的比例，可有效消除TiSiN内应力问题，使膜层在结合力方面达到最高等级。
同时，较厚的TiSiN层，可保证表面涂层的光洁度和耐磨性能，使表面涂层性能最大限度的发挥出来。采用上述表面涂层的钻头，切削速度可提高20～30％，寿命相比采用其他Si系列涂层的钻头，可以提高50％-60％。从而，有效提升了门铰链孔加工效率和质量，获得了显著的经济效益和社会效应。
附图说明
图1为本发明的用于门铰链加工的表面涂层的一具体实施方式的截面图；
图2为本发明的钻头的一具体实施方式的截面图；
图3为图2中钻头截面的电镜图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-3所示的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
如图1所示，本发明的用于门铰链加工的表面涂层100依次包括：底层10、中间层20、以及表层30，其中，所述底层10、中间层20、以及表层30自下而上依次设置。
所述底层10为TiAlN层，其不设置打底层TiN，且能够提高涂层自身的结合力。进一步地，TiN与TiALN相比，硬度低，且抗高温氧化性差。且由于加入Al，采用该表面涂层的钻头，在加工过程中能生产Al2O3，其能有效阻止进一步涂层的进一步磨损，提高了表面涂层的强度。
所述中间层20包括多层层叠设置的TiSiN-TiAlN层21，所述TiSiN-TiAlN层21包括层叠设置的TiSiN子单元层211和TiAlN子单元层212，任一TiSiN-TiAlN层21中，所述TiSiN子单元层211位于所述TiAlN子单元层212下方。从而，所述中间层20中，所述TiSiN子单元层211和TiAlN子单元层212交替设置。如此设置，可有效控制TiSiN子单元层211和TiAlN子单元层212的应力，同时，在表层30遭到破坏或出现裂纹后，能层层阻断裂纹的向下延伸，避免涂层进一步被破坏。
进一步地，任一TiSiN-TiAlN层21中，所述TiSiN子单元层和TiAlN子单元层的比例为1:1。所述TiSiN-TiAlN层21的数量优选为四层。
所述表层30为TiSiN层，所述TiSiN层中，通过加入Si能有效细化晶粒，使得表面涂层更坚固、细腻和光滑，从而，能够有效降低加工中的切削热和便于加工过程中顺利排屑。优选地，所述TiSiN层的厚度为所述TiSiN-TiAlN层厚度的四分之一。
此外，本发明的表面涂层不含有Cr，从而避免了与被钻孔加工的铰链发生亲和作用，有利于铰链的钻孔加工。因为，现有的汽车上的铰链，多含有Cr，现有的钻头表面的涂层也多含有Cr，由于同种元素之间具有亲和作用，从而，现有的包覆有涂层的钻头不利于铰链的钻孔加工。进一步地，本发明的表面涂层工艺上，采用大电流、大气流，如此在加快涂层生产效率的同时，可降低涂层的颗粒，提高涂层密度和性能。
如图2、3所示，基于上述表面涂层，本发明还提供一种钻头300，该钻头300包括钻头本体200、以及覆盖于所述钻头本体200表面的涂层100。其中，所述钻头本体200的材质为硬质合金，所述钻头本体200的表面的涂层100为如上所述的表面涂层。
综上所示，本发明的表面涂层及钻头取消了打底层，在不设置打底层的条件下，很好的解决表面涂层结合力问题。其加工简单，使得钻头与表面涂层之间不需要TiN，同时可有效提高表面涂层的硬度。
此外，表面涂层采用TiAlN和TiSiN相互交错的结构，并通过控制二者的比例，可有效消除TiSiN内应力问题，使膜层在结合力方面达到最高等级。
同时，较厚的TiSiN层，可保证表面涂层的光洁度和耐磨性能，使表面涂层性能最大限度的发挥出来。采用上述表面涂层的钻头，切削速度可提高20～30％，寿命相比采用其他Si系列涂层的钻头，可以提高50％-60％。从而，有效提升了门铰链孔加工效率和质量，获得了显著的经济效益和社会效应。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种用于门铰链加工的表面涂层，其特征在于，所述表面涂层依次包括：底层、中间层、以及表层，所述底层、中间层、以及表层自下而上依次设置；
所述底层为TiAlN层；
所述中间层包括多层层叠设置的TiSiN-TiAlN层；
所述表层为TiSiN层。
2.根据权利要求1所述的用于门铰链加工的表面涂层，其特征在于，所述TiSiN-TiAlN层包括层叠设置的TiSiN子单元层和TiAlN子单元层，任一TiSiN-TiAlN层中，所述TiSiN子单元层位于所述TiAlN子单元层下方。
3.根据权利要求2所述的用于门铰链加工的表面涂层，其特征在于，所述中间层中，所述TiSiN子单元层和TiAlN子单元层交替设置。
4.根据权利要求2所述的用于门铰链加工的表面涂层，其特征在于，任一TiSiN-TiAlN层中，所述TiSiN子单元层和TiAlN子单元层的比例为1:1。
5.根据权利要求1所述的用于门铰链加工的表面涂层，其特征在于，所述TiSiN-TiAlN层的数量为四层。
6.根据权利要求1所述的用于门铰链加工的表面涂层，其特征在于，所述TiSiN层的厚度为所述TiSiN-TiAlN层厚度的四分之一。
7.一种钻头，其特征在于，所述钻头包括钻头本体、以及覆盖于所述钻头本体表面的涂层，所述钻头本体表面的涂层为权利要求1-6任一项所述的用于门铰链加工的表面涂层。
8.根据权利要求7所述的钻头，其特征在于，所述钻头本体的材质为硬质合金。
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