CN108569841B - 一种带涂层的合金刀轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带涂层的合金刀轴，包括刀轴本体和涂覆在所述刀轴本体表面的涂层，所述涂层包括从内到外涂覆于刀轴本体表面的过渡层、耐磨层和润滑层；所述耐磨层的硬度大于所述过渡层的硬度，所述过渡层的硬度大于所述润滑层的硬度。所述带涂层的合金刀轴具有自润滑功能，结构简单，能够有效减小与刀轮之间的摩擦，提高合金刀轴的使用寿命。

Description

一种带涂层的合金刀轴
技术领域
本发明涉及金属加工设备技术领域，尤其涉及一种带涂层的合金刀轴。
背景技术
通常，用于切割玻璃的刀具包括刀具主体和刀头，刀头包括刀轮和刀轴，刀轴通过刀轮的内孔安装在刀轮上。
切割玻璃时，刀轴与刀轮相互配合，由于两者硬度较高，刀轮转动切割玻璃时与刀轴之间会产生摩擦。而摩擦的产生会使得刀轮与刀轴发生物理形变，进而会影响玻璃切割的品质，也会损害刀轮与刀轴的寿命。为了减少摩擦，通常是在刀轴与刀轮之间直接添加润滑剂，虽然可以提高切割品质和使用寿命，但是润滑剂会污染玻璃，使得生产过程中增加清洗的工序，提高生产成本，同时也增加了多余的工序，降低了生产效率。
因此，减少刀轮与刀轴之间的摩擦在实际生产过程中具有重要的意义和应用价值。
发明内容
本发明提供了一种带涂层的合金刀轴，通过涂层结构使得合金刀轴自带润滑功能，以解决刀轴与刀轮之间存在摩擦的问题。
本发明的技术方案如下：
一种带涂层的合金刀轴，包括刀轴本体和涂覆在所述刀轴本体表面的涂层，所述涂层包括从内到外涂覆于刀轴本体表面的过渡层、耐磨层和润滑层；
所述耐磨层的硬度大于所述过渡层的硬度，所述过渡层的硬度大于所述润滑层的硬度。
可选的，所述过渡层包括从内到外依次涂覆在所述刀轴本体表面的钛层和钛氮化合物层，其中，所述钛氮化合物层的硬度大于所述钛层的硬度；
所述耐磨层包括钛硅氮化合物或钛碳氮化合物；
所述润滑层包括从内到外依次涂覆在所述耐磨层表面的锆金属层和二硫化钼层。
可选的，所述过渡层包括从内到外依次涂覆在所述刀轴本体表面的钛层和钛氮化合物层，其中，所述钛氮化合物层的硬度大于所述钛层的硬度；
所述耐磨层包括钛硅氮化合物和钛碳氮化合物；
所述润滑层包括从内到外依次涂覆在所述耐磨层表面的锆金属层和二硫化钼层。
可选的，所述涂层的厚度为2.3-3.06um，其中，
所述过渡层的厚度为0.2-0.24um，所述耐磨层的厚度为1.0-1.5um，所述润滑层的厚度为1.1-1.32um。
可选的，所述涂层厚度范围是2.5um，其中，所述过渡层的厚度范围是0.2um，所述耐磨层的厚度范围是1.1um，所述润滑层的厚度范围是1.2um。
可选的，所述过渡层的钛层厚度范围是0.1um-0.12um，所述钛氮化合物层的厚度范围是0.1-0.12um。
可选的，所述润滑层的锆金属层厚度范围是0.1-0.12um，所述二硫化钼层的厚度范围是1.0-1.2um。
本发明还包括一种切割玻璃的刀头，其特征在于：包括刀轮与权利要求1-7任一项所述的合金刀轴，所述刀轮设有内孔，刀轮套接安装在所述合金刀轴上。
本发明通过在合金刀轴的刀轴本体外表面上涂覆涂层，所述涂层包括过渡层、耐磨层和润滑层，所述涂层能够在合金刀轴与刀轮内孔之间形成润滑膜，实现合金刀轴自润滑的技术效果，不需要添加其他润滑剂，提高了刀轮与刀轴的使用寿命，保证了刀轮的切割合格率，降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的合金刀轴的涂层结构示意图；
图2为本发明的合金刀轴的侧视图；
图3为图2的A-A线剖面结构示意图。
图示说明：1-刀轴本体；2-涂层；3-过渡层；4-耐磨层；5-润滑层；31-钛金属层；32-钛氮化合物层；51-锆金属层；52-二硫化钼层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
通常，用于切割玻璃的刀具包括刀具主体和刀头，所述刀头包括刀轮与刀轴，刀轮上设有内孔，刀轮通过所述内孔套接安装在刀轴上。具体应用中，所述刀轴材质为硬质合金，所述合金刀轴通常直径在0.8-2mm，长度在2.5-6.0mm，尺寸较小。刀具工作时，刀轮内孔与刀轴之间会存在摩擦，损害刀轮与刀轴的使用寿命。为了减小刀轮与刀轴之间的摩擦，本发明提供一种带涂层的合金刀轴，所述合金刀轴具有自润滑的功能。
参见图1至图3所示实施例，所述带涂层的合金刀轴包括刀轴本体1和涂覆在所述刀轴本体1表面的涂层2。以所述刀轴本体1为最内侧，所述涂层2包括从内到外涂覆于刀轴本体1表面的过渡层3、耐磨层4和润滑层5。所述涂层可以涂覆在刀轴本体1的全部表面，也可以涂覆在刀轴与刀轮相接触的界面。其中，所述耐磨层4的硬度大于过渡层3的硬度，所述过渡层3的硬度大于所述润滑层5的硬度。添加的涂层2能够降低所述合金刀轴与所述刀轮之间的摩擦，并且无需添加其他的润滑剂，使得刀轮切割后的产品不会沾上润滑剂，免去了后续的清洗步骤，节约了成本。
受合金刀轴结构限制，要求所述涂层2的厚度尽可能薄，同时达到改善刀轴耐磨性能和切割品质的要求。本发明中的刀轴本体表面的涂层2总厚度范围是2.3-3.06um。
如图1所示，所述过渡层3包括钛层31和钛氮化合物层32，其中，所述钛氮化合物层32的硬度大于所述钛层31的硬度。所述过渡层3的设置方式有两种，第一种是所述钛层31与钛氮化合物层32依次涂覆在所述刀轴本体1表面，第二种是钛氮化合物层32与钛层31依次涂覆在所述刀轴本体1表面。其中，优选方式为第一种，由于钛的润湿性较好，与刀轴本体1接触时能够有效降低结合界面的表面能。而钛氮化合物能够将硅元素和碳元素与纯金属钛及刀轴本体1隔离，防止生成硅化物及碳化物等有害化合物。钛-钛氮化合物组成过渡层3，可以避免涂层2与刀轴本体1结合界面的硅化物及碳化物的生成，同时能够降低涂层2的残余热应力，避免残余应力过大而导致所述涂层2从刀轴本体1上裂开甚至剥落，使得涂层-基体复合体系更为稳定。
具体的，所述过渡层3的厚度范围是0.2-0.24um，其中所述钛层31的厚度范围是0.1um-0.12um，所述钛氮化合物层32的厚度范围是0.1-0.12um，优选的，当过渡层3厚度为0.2um时，即钛层31与钛氮化合物层32的厚度均为0.1um时，所述过渡层3的综合性能最佳。当过渡层3过厚时，会降低涂层2与刀轴本体1结合的稳定程度，进而导致涂层2的性能下降，使用寿命也会减少。
参见图1，所述耐磨层4涂覆在过渡层3的外表面，耐磨层4的组成材料可以是钛硅氮化合物或者钛碳氮化合物两者中的单独一种，也可以将上述两种化合物以任意比例混合组成。所述耐磨层4需要确保所述合金刀轴具有高的硬度和耐磨性，同时考虑到合金刀轴在使用时处于低速轻载荷的状态，而所述钛硅氮化合物和钛碳氮化合物均具有高硬度与高耐磨的属性，能够满足相应的要求。
所述耐磨层4的厚度是根据刀轮的切割合格率和寿命共同决定的，将所述合金刀轴的涂层2中的耐磨层4设置为不同的厚度，再进行切割实验，发现当耐磨层4的厚度大于1.5um时，所述合金刀轴的寿命虽然有所增加，但在使用过程中会偶尔出现合格率偏低的现象，经过检测发现涂层2上有小块的剥落，导致涂层2的性能下降。综合考虑，所述耐磨层4的厚度范围设置为1.0-1.5um，优选的，当耐磨层4的厚度取1.2um时，涂层2的使用寿命最稳定，波动最小，同时，涂层2的耐磨性最佳，磨损率最低。
此外，所述过渡层3和耐磨层4的成分的硬度之间实现了一定的梯度变化，上所述各材料之间的硬度关系为：钛<钛氮化合物<钛硅氮化合物或钛碳氮化合物。过渡层3和耐磨层4各层材质之间的硬度呈梯度变化，可防止成分突变引起应力集中，有利于提高所述涂层2与刀轴本体1之间的结合强度，尽可能保证了涂层沉积过程的连续性，避免出现因残余应力过大而导致涂层2从刀轴本体1上剥落。
如图1所示，所述润滑层5包括依次涂覆在所述耐磨层4外表面的锆金属层51和二硫化钼层52。所述二硫化钼层52为具有低摩擦系数的固体润滑材料，具有较低的剪切强度。当所述合金刀轴与刀轮内孔之间发生摩擦时，二硫化钼层52能够向所述刀轮内孔的表面进行转移，从而形成转移润滑膜，使得原本发生在涂层2与刀轮内孔之间的摩擦转变成二硫化钼层52与转移润滑膜之间的摩擦，从而降低了摩擦过程中的摩擦系数，起到润滑的作用。与刀轴本体1、过渡层3和耐磨层4相比，所述润滑层5的硬度最低，特别是二硫化钼层52，其具有较低的剪切强度，而所述锆金属层51作为与耐磨层4过渡衔接的结构，能够提高所述润滑层5的硬度，同时能够显著降低润滑层5的残余热应力，提高润滑层5与耐磨层4结合的强度，增加涂层2整体的稳定性。
具体的，所述润滑层5的厚度是由刀轮的切割合格率和寿命共同决定的，将所述合金刀轴的涂层2中的润滑层5设置为不同的厚度，再进行切割实验，发现当润滑层5的厚度过小时，对切割合格率影响并不明显，当润滑层5的厚度达到1.2um时合格率提升明显，当达到1.4um时合格率最高，但此时刀轮的寿命与1.2um时相比有明显下降，这主要是由于刀轴与刀轮之间的润滑层5过厚，使得刀轴与刀轮内孔的间隙过小，当切割过程中产生的微小玻璃屑进入到刀轮与刀轴之间时碎屑不易排出，反而增大了摩擦，造成刀轴的寿命下降。
综合考虑，所述锆金属层51的厚度范围为0.1-0.12um，所述二硫化钼层52的厚度范围为1.0-1.2um。进一步，所述润滑层5的优选厚度为1.2um，其中，所述锆金属层51的厚度为0.1um、二硫化钼层52的厚度为1.1um，此时，所述合金刀轴的自润滑性最好，刀轮与合金刀轴之间的摩擦力和摩擦系数最低，刀轮与刀轴的使用寿命也维持在一个较适宜的水平。
如图1至图3所示为所述合金刀轴的整体结构以及设有涂层2的剖面结构示意图，所述合金刀轴表面覆盖有所述涂层2，使得刀轴与刀轮接触的表面能形成具有润滑作用的转移润滑膜，从而实现刀具的自润滑功能。在实际应用过程中，与所述合金刀轴配合工作的刀轮处于低速低载荷的工作状态，由于所述涂层2具有自润滑的效果，刀轮与合金刀轴之间不需要添加其他的润滑剂，既节约了润滑剂的成本，也省去了因润滑剂溢出污染玻璃而需要增加的清洗步骤，提高了生产效率。
本发明还包括了一种切割玻璃的刀头，所述刀头为切割刀具的组成部分，所述刀具包括刀头和刀具本体，所述刀头包括刀轮与刀轴，所述刀轮设有内孔，并通过所述内孔套接安装在所述刀轴上，所述刀轴采用上述带涂层的合金刀轴，以达到减少摩擦的效果，减少刀轮与刀轴的损耗，提高生产效率，降低成本。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (3)

1.一种带涂层的合金刀轴，包括刀轴本体(1)和涂覆在所述刀轴本体(1)表面的涂层(2)，其特征在于：
所述涂层(2)包括从内到外涂覆于刀轴本体(1)表面的过渡层(3)、耐磨层(4)和润滑层(5)；
所述耐磨层(4)的硬度大于所述过渡层(3)的硬度，所述过渡层(3)的硬度大于所述润滑层(5)的硬度；
所述过渡层(3)包括从内到外依次涂覆在所述刀轴本体(1)表面的钛层(31)和钛氮化合物层(32)，其中，所述钛氮化合物层(32)的硬度大于所述钛层(31)的硬度；
所述耐磨层(4)包括钛硅氮化合物和钛碳氮化合物；
所述润滑层(5)包括从内到外依次涂覆在所述耐磨层(4)表面的锆金属层(51)和二硫化钼层(52)；
所述涂层(2)的厚度范围是2.3-3.06um，其中，
所述过渡层(3)的厚度范围是0.2-0.24um，所述耐磨层(4)的厚度范围是1.0-1.5um，所述润滑层(5)的厚度范围是1.1-1.32um；
所述过渡层(3)的钛层(31)厚度范围是0.1um-0.12um，所述钛氮化合物层(32)的厚度范围是0.1-0.12um；
所述润滑层(5)的锆金属层(51)厚度范围是0.1-0.12um，所述二硫化钼层(52)的厚度范围是1.0-1.2um。
2.根据权利要求1所述的带涂层的合金刀轴，其特征在于：
所述涂层(2)厚度为2.5um，其中，所述过渡层(3)的厚度为0.2um，所述耐磨层(4)的厚度为1.1um，所述润滑层(5)的厚度为1.2um。
3.一种切割玻璃的刀头，其特征在于：包括刀轮与权利要求1或2所述的合金刀轴，所述刀轮设有内孔，刀轮套接安装在所述合金刀轴上。
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