CN112355367A - 一种高耐磨性刀具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体公开一种高耐磨性刀具及其制备方法，其中高耐磨性刀具包括刀体和润滑涂层，所述刀体为硬质合金刀具；所述润滑涂层采用高压喷涂方法涂覆于所述刀体表面；其中，所述刀体表面具有微织构。本发明在刀具表面进行石墨烯胶黏润滑涂层处理，润滑涂层可有效降低硬质合金的摩擦系数，起到抗磨减损的作用，进而提高硬质合金工件的使用寿命，本发明刀具可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工，具有广阔的应用前景。

Description

一种高耐磨性刀具及其制备方法
技术领域
本发明涉及刀具表面处理技术领域，具体涉及一种高耐磨性刀具及其制备方法。
背景技术
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。
硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，硬质合金铣刀是机械加工中最常用到的刃具，硬质合金铣刀在与工件的高速旋转摩擦的加工过程中，会产生大量的热量，这样对硬质合金铣刀本身会造成一定的损耗，为了提高硬质合金铣刀的耐磨性能，延长硬质合金铣刀的使用寿命，当硬质合金铣刀在完成制造后，会对铣刀进行一系列的表面处理工艺，以提高硬质合金铣刀的耐磨性能、切削能力及使用寿命。
中国专利2019100497178公开了一种硬质合金表面处理工艺，其利用合成液与硬质合金表面的部分杂质进行反应，然后再对硬质合金表面进行打磨抛光，进而提高硬质合金的合格率，但是这种表面处理工艺难以提高硬质合金工件的耐磨性能。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高耐磨性刀具及其制备方法，能够明显提高硬质合金工件的耐磨性能。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，一种高耐磨性刀具，包括，
刀体，所述刀体为硬质合金刀具；
润滑涂层，所述润滑涂层采用高压喷涂方法涂覆于所述刀体表面；
其中，所述刀体表面具有微织构。
优选的，所述微织构位于所述刀体的前刀面和后刀面。
优选的，所述微织构呈十字网格状，所述微织构的织构槽宽为30～60μm，深度为30～60μm，间距为50～200μm。
优选的，所述润滑涂层为纳米石墨烯和耐磨胶的混合体，所述纳米石墨烯以重量百分比为40～65%的量存在。
优选的，所述刀体包括基体和耐磨涂层，所述基体材料为硬质合金，所述耐磨涂层为TiN涂层或TiCN涂层。
本发明还公开了一种高耐磨性刀具的制备方法，包括，
制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:1～3:2～4的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；
刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗、干燥；
加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为30～60μm，深度为30～60μm，间距为50～200μm，呈十字网格状的微织构；
喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，干燥后得到本发明的高耐磨性刀具。
优选的，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括40～70%的石墨烯粉体、20～50%的有机黏结剂、4～6%的分散剂和4～6%的固化剂。
优选的，所述激光加工技术，激光加工功率为20～50W，扫描速度为1～100mm/s，频率为5～20kHz。
优选的，所述采用高压喷涂方式，喷涂压力为4～6kPa，喷涂角度为35～85°，喷涂距离为10～30cm。
优选的，所述高压喷涂后干燥，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却。
本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明在刀具表面进行石墨烯胶黏润滑涂层处理，润滑涂层可有效降低硬质合金的摩擦系数，起到抗磨减损的作用，进而提高硬质合金工件的使用寿命；
（2）本发明在刀具表面加工微织构，微织构的置入增大刀面的传热面积、减少了刀屑间的接触面积，提高刀具的切削性能。
（3）本发明刀具可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工，具有广阔的应用前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的优选的理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种高耐磨性刀具的结构示意图；
图2为本发明一种高耐磨性刀具的剖视示意图；
图3为本发明实施例2中微织构处的光学显微形貌图；
图4为本发明实施例2中刀具表面的润滑涂层表面的微观形貌图；
图5为本发明实施例2至5磨损性能测试结果对比图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，为本发明所公开的一种高耐磨性刀具，其包括，刀体100，刀体100为硬质合金刀具；润滑涂层200，润滑涂层200采用高压喷涂方法涂覆于刀体100表面；其中，刀体100表面具有微织构101。
需进一步说明的是，微织构100位于刀体100的前刀面和后刀面。
需进一步说明的是，微织构101呈十字网格状，微织构101的织构槽宽为30～60μm，深度为30～60μm，间距为50～200μm。
需进一步说明的是，润滑涂层200为纳米石墨烯和耐磨胶的混合体，纳米石墨烯以重量百分比为40～65%的量存在。
需进一步说明的是，刀体100包括基体100a和耐磨涂层100b，基体100a材料为硬质合金，耐磨涂层100b为TiN涂层或TiCN涂层。
实施例2
本实施例公开的是一种高耐磨性刀具的制备方法，其方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:2:3的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括60%的石墨烯粉体、30%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为40μm，深度为40μm，间距为100μm，呈十字网格状的微织构；其中，激光加工功率为35W，扫描速度为50mm/s，频率为15kHz；步骤（3）之后进行光学显微形貌观察，结果见图3；
（4）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却，得到高耐磨性刀具样品1。步骤（4）之后进行涂层表面的微观形貌观察，结果见图4。
实施例3
本实施例3作为对照例，其制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:2:3的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括60%的石墨烯粉体、30%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为40μm，深度为40μm，间距为100μm，呈十字网格状的微织构；其中，激光加工功率为35W，扫描速度为50mm/s，频率为15kHz，得到高耐磨性刀具样品2。
实施例4
本实施例4作为对照例，其制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:2:3的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括60%的石墨烯粉体、30%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却，得到高耐磨性刀具样品3。
实施例5
本实施例5作为对照例，本实施例5相较于实施例1的区别在于即未加工微织构也未喷涂润滑涂层，仅用实施例1的刀具本体进行试验，为空白对照组，编号为样品4。
对上述实施例2～5分别进行磨损性能测试，采用MMU-10G 型高温摩擦磨损试验机上进行测试，测试温度为25、250、500 ℃，测试结果如图5所示。
可以看出，不管是在25 ℃室温环境、250 ℃中温环境，还是500 ℃高温环境下，与样品4相比，样品1的磨损体积都明显减小。其中，与样品4相比，样品1在25 ℃磨损体积从32.3×10-3 mm3减小至16.5×10-3 mm3，下降了49%；样品1在250 ℃磨损体积从62.1×10-3mm3减小至19.7×10-3 mm3，下降了68%；样品1在500 ℃磨损体积从85.7×10-3 mm3减小至22.3×10-3 mm3，下降了74%。磨损体积越小，材料抵抗摩擦磨损的能力越强，材料的耐磨损性能越好；反之，磨损体积越大，材料抵抗摩擦磨损的能力越弱，材料的耐磨损性能越差。由此可以看出，本发明的制备方法不仅有利于提高刀具的室温耐磨损性能，而且显著改善了刀具的高温耐磨损性能。
从图中还可以看出，样品2、3的磨损体积与样品4相比均有不同程度的减小，当两者复合之后，样品1的磨损体积明显减小，样品1的耐磨损性能明显优于样品2和样品3，说明微织构和润滑涂层产生协同增效的效果。
实施例6
制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:1:2的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括60%的石墨烯粉体、30%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为40μm，深度为40μm，间距为100μm，呈十字网格状的微织构；其中，激光加工功率为35W，扫描速度为50mm/s，频率为15kHz；
（4）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却，得到高耐磨性刀具样品5。
实施例7
制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:3:4的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括60%的石墨烯粉体、30%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为40μm，深度为40μm，间距为100μm，呈十字网格状的微织构；其中，激光加工功率为35W，扫描速度为50mm/s，频率为15kHz；
（4）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却，得到高耐磨性刀具样品6。
对上述实施例1、6、7分别进行磨损性能测试，采用MMU-10G 型高温摩擦磨损试验机上进行测试，测试温度为25、250、500 ℃，测试结果如表1所示。
表1
测试温度，℃ 磨损体积，mm<sup>3</sup>
25 16.5×10<sup>-3</sup>
样品1 250 19.7×10<sup>-3</sup>
500 22.3×10<sup>-3</sup>
25 23.9×10<sup>-3</sup>
样品5 250 31.4×10<sup>-3</sup>
500 47.9×10<sup>-3</sup>
25 26.1×10<sup>-3</sup>
样品6 250 43.8×10<sup>-3</sup>
500 60.5×10<sup>-3</sup>
从表1中数据可以看出，与样品1相比，样品5、6的磨损体积都有不同程度的增加。其中，与样品1相比，样品5在25 ℃磨损体积从16.5×10-3 mm3增加至23.9×10-3 mm3，增加了45%；样品6在25 ℃磨损体积从16.5×10-3 mm3增加至26.1×10-3 mm3，增加了58%；样品5在250℃磨损体积从19.7×10-3 mm3增加至31.4×10-3 mm3，增加了59%；样品6在250 ℃磨损体积从19.7×10-3 mm3增加至43.8×10-3 mm3，增加了122%；样品5在500 ℃磨损体积从22.3×10-3 mm3增加至47.9×10-3 mm3，增加了115%；样品6在500 ℃磨损体积从22.3×10-3 mm3增加至60.5×10-3 mm3，增加了171%。
实施例8
制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:2:3的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括40%的石墨烯粉体、50%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为40μm，深度为40μm，间距为100μm，呈十字网格状的微织构；其中，激光加工功率为35W，扫描速度为50mm/s，频率为15kHz；
（4）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却，得到高耐磨性刀具样品7。
实施例9
制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:2:3的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括70%的石墨烯粉体、20%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为40μm，深度为40μm，间距为100μm，呈十字网格状的微织构；其中，激光加工功率为35W，扫描速度为50mm/s，频率为15kHz；
（4）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却，得到高耐磨性刀具样品8。
对上述实施例1、8、9分别进行磨损性能测试，采用MMU-10G 型高温摩擦磨损试验机上进行测试，测试温度为25、250、500 ℃，测试结果如表2所示。
表2
测试温度，℃ 磨损体积，mm<sup>3</sup>
25 16.5×10<sup>-3</sup>
样品1 250 19.7×10<sup>-3</sup>
500 22.3×10<sup>-3</sup>
25 20.1×10<sup>-3</sup>
样品7 250 26.8×10<sup>-3</sup>
500 31.9×10<sup>-3</sup>
25 16.1×10<sup>-3</sup>
样品8 250 18.9×10<sup>-3</sup>
500 20.6×10<sup>-3</sup>
从表2中数据可以看出，与样品1相比，样品7的磨损体积有所增加，样品8的磨损体积略有减少。其中，与样品1相比，样品7在25 ℃磨损体积从16.5×10-3 mm3增加至20.1×10-3mm3，增加了22%；样品7在250 ℃磨损体积从19.7×10-3 mm3增加至26.8×10-3 mm3，增加了36%；样品7在500 ℃磨损体积从22.3×10-3 mm3增加至31.9×10-3 mm3，增加了43%。
样品8在25 ℃磨损体积从16.5×10-3 mm3下降至16.1×10-3 mm3，下降了2%；样品8在250 ℃磨损体积从19.7×10-3 mm3下降至18.9×10-3 mm3，下降了4%；样品8在500 ℃磨损体积从22.3×10-3 mm3下降至20.6×10-3 mm3，下降了8%，可以看出，样品8的耐磨损性能有所增加，但是增加幅度有限。
实施例10
制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:2:3的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括60%的石墨烯粉体、30%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为40μm，深度为40μm，间距为100μm，呈十字网格状的微织构；其中，激光加工参数按照表1所示进行；
（4）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却；其中，激光加工参数按照表3进行。
表3
加工功率，W 扫描速度，mm/s 频率，kHz
样品1 35 50 15
样品9 20 50 15
样品10 50 50 15
样品11 35 1 15
样品12 35 100 15
样品13 35 50 5
样品14 35 50 20
分别得到高耐磨性刀具样品9～14，分别对样品9～14在25℃下进行磨损性能测试，结果如表4所示。
表4
测试温度，℃ 磨损体积，mm<sup>3</sup>
样品1 25 16.5×10<sup>-3</sup>
样品9 25 19.9×10<sup>-3</sup>
样品10 25 16.3×10<sup>-3</sup>
样品11 25 21.4×10<sup>-3</sup>
样品12 25 16.2×10<sup>-3</sup>
样品13 25 18.1×10<sup>-3</sup>
样品14 25 16.4×10<sup>-3</sup>
从表4中数据可以看出，与样品1相比，样品9的磨损体积有所增加，达到19.9×10-3mm3，样品10的磨损体积则差距不明显，为16.3×10-3 mm3，这可能是由于当固定脉宽时，单脉冲能量随功率增大递增，功率较小时，材料以气化为主，未能突破硬质合金的烧蚀阈值，难以形成凹坑形貌；当功率持续增大时，气化的同时伴随着熔凝形成凹坑，但当功率达到50w 后，由于光斑直径有限，激光作用区域受限，凹坑形貌趋于稳定；
与样品1相比，样品11的磨损体积有所增加，达到21.4×10-3 mm3，样品12的磨损体积则差距不明显，为16.2×10-3 mm3，这可能是由于随着扫描速度的增加，激光能量密度增大，导致熔池内材料流动加剧，激光烧蚀形成的凹坑进一步加大，当能量增大到一定值，引起的等离子体屏蔽效应导致实际对加工表面产生作用的能量密度反而下降，烧蚀效率降低，凹坑形貌也趋于稳定；
与样品1相比，样品13的磨损体积有所增加，达到18.1×10-3 mm3，样品14的磨损体积则差距不明显，为16.4×10-3 mm3，这可能是由于频率决定了激光作用时间，频率越大，激光作用越持久，单脉冲能量越大，熔凝过程与功率对尺寸影响一致。
实施例11
制备方法如下：
（1）制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:2:3的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；其中，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括60%的石墨烯粉体、30%的有机黏结剂、5%的分散剂和5%的固化剂；
（2）刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗，将其放入电热恒温干燥箱，设定温度60℃，保温干燥30min；
（3）加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工呈十字网格状的微织构；其中，激光加工功率为35W，扫描速度为50mm/s，频率为15kHz；
（4）喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，其中，喷涂压力为5kPa，喷涂角度为75°，喷涂距离为20cm，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却；其中，微织构参数如表5所示进行。
表5
织构槽宽，μm 深度，μm 间距，μm
样品1 40 40 100
样品15 30 40 100
样品16 60 40 100
样品17 40 30 100
样品18 40 60 100
样品19 40 40 50
样品20 40 40 200
分别得到高耐磨性刀具样品15～20，分别对样品15～20在25℃下进行磨损性能测试，结果如表6所示。
表6
测试温度，℃ 磨损体积，mm<sup>3</sup>
样品1 25 16.5×10<sup>-3</sup>
样品15 25 16.6×10<sup>-3</sup>
样品16 25 20.9×10<sup>-3</sup>
样品17 25 16.9×10<sup>-3</sup>
样品18 25 22.4×10<sup>-3</sup>
样品19 25 16.7×10<sup>-3</sup>
样品20 25 23.8×10<sup>-3</sup>
从表6中数据可以看出，与样品1相比，样品15的磨损体积基本维持不变，为16.6×10-3mm3，样品16的磨损体积确有明显增加，为20.9×10-3 mm3，这可能是由于微织构宽度较小时，对刀具表面平均摩擦系数影响较小，微织构宽度为40μm时，此时微织构能够较好的降低刀具表面摩擦系数，提高刀具性能。微织构宽度继续増大至60μm时，磨损体积接近于无织构刀具的磨损体积。这是由于微织构宽度不仅影响接触面积内沟槽数目，而且较大的宽度使得沟槽内部与对磨副直接接触，造成磨损体积的增加；
与样品1相比，样品17的磨损体积基本维持不变，为16.9×10-3 mm3，样品18的磨损体积确有明显增加，为22.4×10-3 mm3，这可能是由于当微织构深度在这个范围内时，微织构在刀具表面能够很好的改善刀具应力分布情况，基本不影响刀具强度，此时刀具具有较好的耐磨性能。当微织构深度超出这个范围时，微织构的存在造成刀具应力集中现象加重，此时对于刀具强度的影响较大，刀具容易出现破损，不利于刀具耐磨性能的提升；
与样品1相比，样品19的磨损体积基本维持不变，为16.7×10-3 mm3，样品20的磨损体积确有明显增加，为23.8×10-3 mm3，微织构间距对接触面积内的微织构沟槽数目有较大影响，微织构间距为100μm时，微织构间距与宽度比例适中，微织构沟槽能够储存磨屑，沟槽两侧重结晶区域参与磨损，刀具表面未加工区域轻微磨损，刀具的耐磨性能提高，随着微织构间距的增大，接触面积内微织构沟槽数目不断减少，间距过大时，接触面积内微织构沟槽数目较少，微织构刀具表面与无织构刀具表面较为接近。
本发明在刀具表面进行石墨烯胶黏润滑涂层处理，润滑涂层可有效降低硬质合金的摩擦系数，起到抗磨减损的作用，进而提高硬质合金工件的使用寿命；本发明在刀具表面加工微织构，微织构的置入增大刀面的传热面积、减少了刀屑间的接触面积，提高刀具的切削性能。本发明刀具可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高耐磨性刀具，其特征在于，包括，
刀体（100），所述刀体（100）为硬质合金刀具；
润滑涂层（200），所述润滑涂层（200）采用高压喷涂方法涂覆于所述刀体（100）表面；
其中，所述刀体（100）表面具有微织构（101）。
2.如权利要求1所述的一种高耐磨性刀具，其特征在于，所述微织构（100）位于所述刀体（100）的前刀面和后刀面。
3.如权利要求1或2所述的一种高耐磨性刀具，其特征在于，所述微织构（101）呈十字网格状，所述微织构（101）的织构槽宽为30～60μm，深度为30～60μm，间距为50～200μm。
4.如权利要求3所述的一种高耐磨性刀具，其特征在于，所述润滑涂层（200）为纳米石墨烯和耐磨胶的混合体，所述纳米石墨烯以重量百分比为40～65%的量存在。
5.如权利要求1、2、4中任一所述的一种高耐磨性刀具，其特征在于，所述刀体（100）包括基体（100a）和耐磨涂层（100b），所述基体（100a）材料为硬质合金，所述耐磨涂层（100b）为TiN涂层或TiCN涂层。
6.一种高耐磨性刀具的制备方法，其特征在于，包括，
制备润滑涂层，将石墨烯溶液、稀释剂、乙醇按照1:1～3:2～4的体积比进行混合，超声搅拌，制备石墨烯胶黏润滑涂层溶液；
刀具前处理，将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗、干燥；
加工微织构，采用激光加工技术在干燥后刀具的前刀面和后刀面加工出织构槽宽为30～60μm，深度为30～60μm，间距为50～200μm，呈十字网格状的微织构；
喷涂，采用高压喷涂方式将润滑涂层溶液涂覆在刀具表面，干燥后得到本发明的高耐磨性刀具。
7.如权利要求6所述的一种高耐磨性刀具的制备方法，其特征在于，所述石墨烯溶液，按质量分数计，包括40～70%的石墨烯粉体、20～50%的有机黏结剂、4～6%的分散剂和4～6%的固化剂。
8.如权利要求6或7所述的一种高耐磨性刀具的制备方法，其特征在于，所述激光加工技术，激光加工功率为20～50W，扫描速度为1～100mm/s，频率为5～20kHz。
9.如权利要求8所述的一种高耐磨性刀具的制备方法，其特征在于，所述采用高压喷涂方式，喷涂压力为4～6kPa，喷涂角度为35～85°，喷涂距离为10～30cm。
10.如权利要求6、7、9中任一所述的一种高耐磨性刀具的制备方法，其特征在于，所述高压喷涂后干燥，把刀具放入电热恒温干燥箱内，以5℃/min升温至150℃后保温1h并随炉冷却。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110983228A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 广东省新材料研究所 带表面微结构的碳化钨涂层及其制备方法与应用以及带该涂层的工件
CN113560152A (zh) * 2021-07-26 2021-10-29 中国科学院兰州化学物理研究所 一种真空载流滑动电接触部件表面润滑处理方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140349117A1 (en) * 2013-05-27 2014-11-27 Surmet Corporation Wear-Resistant, High Durability Industrial Ceramic Cutting Edges and Tools made from Sintered Polycrystalline Composites Based on Aluminum Nitride
CN105798463A (zh) * 2016-05-31 2016-07-27 山东大学 一种硬质合金刀具涂层前预处理工艺
CN108144820A (zh) * 2017-11-14 2018-06-12 洛阳理工学院 一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺
CN110181078A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 东南大学 一种仿生织构与涂层协同作用减摩刀具及其设计方法
CN110257822A (zh) * 2019-06-13 2019-09-20 东南大学 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
CN110355541A (zh) * 2019-07-10 2019-10-22 鲁东大学 一种超疏水仿生数控加工刀具制备方法
CN110524013A (zh) * 2019-09-09 2019-12-03 湖南科技大学 一种具有纳米涂层的微织构刀具及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140349117A1 (en) * 2013-05-27 2014-11-27 Surmet Corporation Wear-Resistant, High Durability Industrial Ceramic Cutting Edges and Tools made from Sintered Polycrystalline Composites Based on Aluminum Nitride
CN105798463A (zh) * 2016-05-31 2016-07-27 山东大学 一种硬质合金刀具涂层前预处理工艺
CN108144820A (zh) * 2017-11-14 2018-06-12 洛阳理工学院 一种具有石墨烯涂层的刀具的加工工艺
CN110181078A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 东南大学 一种仿生织构与涂层协同作用减摩刀具及其设计方法
CN110257822A (zh) * 2019-06-13 2019-09-20 东南大学 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
CN110355541A (zh) * 2019-07-10 2019-10-22 鲁东大学 一种超疏水仿生数控加工刀具制备方法
CN110524013A (zh) * 2019-09-09 2019-12-03 湖南科技大学 一种具有纳米涂层的微织构刀具及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110983228A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 广东省新材料研究所 带表面微结构的碳化钨涂层及其制备方法与应用以及带该涂层的工件
CN113560152A (zh) * 2021-07-26 2021-10-29 中国科学院兰州化学物理研究所 一种真空载流滑动电接触部件表面润滑处理方法

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