CN110358408B - 一种cbn复合涂层和cbn复合涂层刀具及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CBN复合涂层和CBN复合涂层刀具及其制备方法和应用。该CBN复合涂层包括环氧树脂层和立方氮化硼复合涂层，所述环氧树脂层的原料为环氧树脂，所述立方氮化硼复合涂层的原料包括：立方氮化硼、硫化亚铁、二硅酸钠；各组分的用量为：环氧树脂7‑23重量份、立方氮化硼7‑23重量份、硫化亚铁5‑15重量份、二硅酸钠9‑21重量份。本发明设计合理，实用性高，CBN复合涂层的制备工艺较为简便，操控方便，具备良好的粘接强度和耐高温性能，可以有效改善刀具表面摩擦学性能，降低刀具和工件表面之间的摩擦系数。

Description

一种CBN复合涂层和CBN复合涂层刀具及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，更具体地，涉及一种CBN复合涂层和CBN复合涂层刀具及其制备方法和应用。

背景技术

目前，CBN刀具材料的价格较为昂贵，但全世界消耗的CBN仍以每年10％～15％的速度在增长，为了使CBN刀具的应用更为广泛，国外通过CVD法将CBN薄层超硬材料涂覆在基体上，以便降低CBN的使用成本，这种方法对于大多数基体都是可涂覆的，但国内用单一固体润滑剂做涂层还处在固体润滑技术的一代阶段，此外，国内在软涂层方面的研究尚属起步阶段；在硬质涂层方面的制造虽然技术较为成熟，但是由于CBN等作为新兴超硬类材料，需要使用专门设备进行生产，对其认识还不够深入，因此还需要进一步研究，为了扩大CBN的应用范围，CBN涂层技术已逐渐引起国内广大学者的注意。

现有的CBN复合涂层的制备工艺其制备效率低，且不便于制备出使其具备良好的粘接强度和耐高温性能的CBN复合涂层材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的CBN复合涂层的制备工艺其制备效率低，且不便于制备出使其具备良好的粘接强度和耐高温性能的CBN复合涂层材料的问题，而提出的一种CBN复合涂层的制备工艺。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种CBN复合涂层，该CBN复合涂层包括环氧树脂层和立方氮化硼复合涂层，所述环氧树脂层的原料为环氧树脂，所述立方氮化硼复合涂层的原料包括：立方氮化硼、硫化亚铁、二硅酸钠；各组分的用量为：

环氧树脂7-23重量份、立方氮化硼7-23重量份、硫化亚铁5-15重量份、二硅酸钠9-21重量份。

本发明中，上述组分均可通过商购获得。

作为优选方案，各组分的用量为：

环氧树脂13-17重量份、立方氮化硼13-17重量份、硫化亚铁8-12重量份、二硅酸钠13-17重量份。

作为本发明最优选的方案，各组分的用量为：

环氧树脂15重量份、立方氮化硼15重量份、硫化亚铁10重量份、二硅酸钠15重量份。

本发明的发明人经研究发现，CBN、FeS、Na₂Si₂O₅复配体系有协同作用，能够在一定程度上改善涂层抗磨减摩性能，尤其在高负荷下效果显著，因此将CBN和这二者同时混合。经分析，协同原理是：FeS、Na₂Si₂O₅均为层状分布，其层间结合力弱，而层内各键键能较高，CBN表面被覆盖后在外力作用上更容易产生滑移，从而摩擦系数要低于单独使用CBN，同时由于CBN抗压性能好，能耐高温高压，而温度压力提高后Na₂Si₂O₅就会释放活性原子，这些原子反过来又能在金属表面形成表面膜增加涂层耐磨性。

作为优选方案，所述环氧树脂的纯度≥99.7％。

本发明的第二方面提供上述的CBN复合涂层的制备方法，该制备方法包括：

将硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼混合搅拌，得到立方氮化硼复合涂层混合物；

将环氧树脂进行涂刷得到环氧树脂层，再将立方氮化硼复合涂层混合物涂刷在环氧树脂层上，得到立方氮化硼复合涂层。

作为优选方案，硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼混合搅拌的温度为20-25℃，时间为3-7min，搅拌速率为700-900r/min。

本发明的第三方面提供上述的CBN复合涂层和/或由上述的制备方法制得的CBN复合涂层的应用。

本发明的第四方面提供一种CBN复合涂层刀具，该CBN复合涂层刀具包括刀具，所述刀具的表面上覆有上述的CBN复合涂层和/或由上述的制备方法制得的CBN复合涂层。

本发明的第五方面提供上述的CBN复合涂层刀具的制备方法，该制备方法包括：

将环氧树脂涂覆在刀具表面，再向涂覆有环氧树脂的刀具涂覆硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼的混合物，得到所述CBN复合涂层刀具。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

设计合理，实用性高，CBN复合涂层的制备工艺较为简便，操控方便，具备良好的粘接强度和耐高温性能，可以有效改善刀具表面摩擦学性能，降低刀具和工件表面之间的摩擦系数。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明实施例中，环氧树脂购自络合高新材料(上海)有限公司，硫化亚铁购自广东翁江化学试剂有限公司，二硅酸钠购自济南创通化学有限公司，立方氮化硼购自郑州中南杰特超硬材料有限公司，刀具采用车刀YT14。

实施例1

本实施例提供一种CBN复合涂层刀具及其制备方法。

CBN复合涂层刀具的制备方法包括：将15重量份环氧树脂涂覆在刀具表面，再向涂覆有环氧树脂的刀具涂覆10重量份硫化亚铁、15重量份二硅酸钠与15重量份立方氮化硼的混合物，得到所述CBN复合涂层刀具S-1。

其中，所述环氧树脂的纯度≥99.7％。

其中，硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼的混合物通过搅拌获得，搅拌的温度为22.5℃，时间为5min，搅拌速率为800r/min。

对比例1

本对比例提供一种CBN复合涂层刀具及其制备方法。

CBN复合涂层刀具的制备方法包括：将15重量份环氧树脂涂覆在刀具表面，再向涂覆有环氧树脂的刀具涂覆5重量份硫化亚铁、15重量份二硅酸钠与5重量份立方氮化硼的混合物，得到所述CBN复合涂层刀具D-1。

其中，所述环氧树脂的纯度≥99.7％。

其中，硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼的混合物通过搅拌获得，搅拌的温度为22.5℃，时间为5min，搅拌速率为800r/min。

测试例1：

对刀具S-1和刀具D-1的表面粗糙度进行测量，刀具S-1的表面粗糙度为0.63Ra，刀具D-1的表面粗糙度为1.25Ra，可见刀具S-1的表面粗糙度更加符合要求。表面粗糙度测量仪的型号为TR200。

测试例2：

利用origin软件计算出不同条件下刀具S-1的CBN复合涂层的摩擦系数，结果为：

在温度为260℃时，CBN复合涂层的摩擦系数为0.39；在温度为320℃时，CBN复合涂层的摩擦系数为0.42；在温度为400℃时，CBN复合涂层的摩擦系数为0.48。

测试例3：

通过DEFORM-3D有限元模拟仿真涂层涂覆刀具(刀具S-1)后的切削效果，对不同制备工艺和环境下的刀具切削效果进行模拟比较，采用外圆纵向车削的方式，分析切削力切削温度的变化，结果为：

切削力为10N时，刀具的切削温度为230℃；切削力为15N时，刀具的切削温度为270℃；切削力为22N时，刀具的切削温度为390℃。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种CBN复合涂层，其特征在于，该CBN复合涂层包括环氧树脂层和立方氮化硼复合涂层，所述环氧树脂层的原料为环氧树脂，所述立方氮化硼复合涂层的原料包括：立方氮化硼、硫化亚铁、二硅酸钠；各组分的用量为：

环氧树脂7-23重量份、立方氮化硼7-23重量份、硫化亚铁5-15重量份、二硅酸钠9-21重量份。

2.根据权利要求1所述的CBN复合涂层，其中，各组分的用量为：

环氧树脂13-17重量份、立方氮化硼13-17重量份、硫化亚铁8-12重量份、二硅酸钠13-17重量份。

3.根据权利要求1或2所述的CBN复合涂层，其中，所述环氧树脂的纯度≥99.7％。

4.权利要求1-3中任意一项所述的CBN复合涂层的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：

将硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼混合搅拌，得到立方氮化硼复合涂层混合物；

将环氧树脂进行涂刷得到环氧树脂层，再将立方氮化硼复合涂层混合物涂刷在环氧树脂层上，得到立方氮化硼复合涂层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼混合搅拌的温度为20-25℃，时间为3-7min，搅拌速率为700-900r/min。

6.权利要求1-3中任意一项所述的CBN复合涂层或由权利要求4或5所述的制备方法制得的CBN复合涂层的应用。

7.一种CBN复合涂层刀具，其特征在于，该CBN复合涂层刀具包括刀具，所述刀具的表面上覆有权利要求1-3中任意一项所述的CBN复合涂层或由权利要求4或5所述的制备方法制得的CBN复合涂层。

8.权利要求7所述的CBN复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：

将环氧树脂涂覆在刀具表面，再向涂覆有环氧树脂的刀具涂覆硫化亚铁、二硅酸钠与立方氮化硼的混合物，得到所述CBN复合涂层刀具。