CN205165906U - 涂覆纳米复合涂层的高硬度低摩擦系数的刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种涂覆纳米复合涂层的高硬度低摩擦系数的刀具，具有刀头部和刀杆部，所述刀头部与刀杆部为一体式结构，所述刀头部的外表面上设有TiSiCN纳米复合涂层。用于解决在现实使用中频繁更换刀头的问题。本实用新型具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的耐热性能。涂层采用反应磁控溅射制备工艺，具有制备工艺简单、沉积速度快、生产效率高、能耗低、对设备要求较低等优点，适于规模化生产。无任何有害成分，安全环保。

Description

涂覆纳米复合涂层的高硬度低摩擦系数的刀具

技术领域

本实用新型涉及一种加工刀具，尤其涉及一种涂覆纳米涂层的高硬度低摩擦系数的刀具。

背景技术

切削加工作为一种传统的加工方法和工艺，目前约占机械制造工作量的30%～40%，全世界每年约有1亿吨钢材通过刀具切削而成为切屑，全世界每年切削加工耗资约2500亿美元。以刀具去除工件材料的切削加工方法仍将在机械制造领域占据主导地位，为了适应先进制造技术更高的要求，先进切削技术获得广泛的研究和应用，比较典型的有(超)高速切削、干切削、硬切削等，相应于先进切削技术的更高要求，高效率、高精度、高可靠性和专用化的切削刀具获得空前的发展，使刀具材料、刀具结构、刀具涂层呈现出高技术的特征。

在制造行业，刀具质量的好坏，不仅影响到机械加工的效率和加工成本，同时也影响到零件加工表面的质量、刀具可加工的材料范围。切削刀具作为在生产过程中经常使用的工具，有许多缺点，让人们在使用的过程中感觉到不方便，比如刀头是使用过程中磨损最大的部分，所以经常要更换刀头或使用硬度更强的金属来做为刀头的材料，这样无形中增加了成本，并且即使经过改进，这样的刀头使用寿命并没有得到大幅度的提高。刀具涂层技术是一项提高切削加工效率和加工质量，降低成本具有重大技术经济意义的新技术。

随着刀具切削技术不断向高速度、高精度方向的发展以及干切削技术的推广，对切削刀具涂层的性能提出了越来越高的要求：即要求具备高硬度、高弹性模量、低摩擦系数等优良力学性能和良好的抗高温氧化性能，因而在切削刀具的基体上涂覆性能优良的涂层成为常用的改良切削刀具性能的方法。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种涂覆纳米涂层的高硬度低摩擦系数的刀具，该刀具具有很高的硬度、低摩擦系数性能和较佳的耐热性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种涂覆纳米复合涂层的高硬度低摩擦系数的刀具，具有刀头部和刀杆部，所述刀头部与刀杆部为一体式结构，所述刀头部的外表面上设有TiSiCN纳米复合涂层。

所述TiSiCN纳米复合涂层的总厚度为2.5～4.0μm。所述TiSiCN纳米复合涂层由TiSiC复合靶材基体上磁控溅射反应沉积而成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的高硬度低摩擦系数的刀具，具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的耐热性能。

涂层采用反应磁控溅射制备工艺，具有制备工艺简单、沉积速度快、生产效率高、能耗低、对设备要求较低等优点，适于规模化生产。无任何有害成分，安全环保。

附图说明

图1为本实用新型的实施例结构示意图；

图2为图1中沿A-A的剖视图；

图3为刀头外表面TiSiCN纳米复合涂层的透射电镜图。

具体实施方式

下面对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确。

如图1，2所示，一种高硬度低摩擦系数的刀具，包括:刀头部1和刀杆部2，所述刀头部1和刀杆部2为一体式结构,所述刀头部1的外表面上设有一种具有高硬度、低摩擦系数和优异抗高温氧化性能的TiSiCN纳米复合涂层3。TiSiCN纳米复合涂层3的总厚度为2.5～4.0μm。

TiSiCN纳米复合涂层3由TiSiC复合靶材经抛光、超声波清洗、离子清洗后的基体上磁控溅射反应沉积而成。

如图3所示，TiSiCN纳米复合涂层3中的晶化界面相SiN与其包裹的纳米晶TiN呈共格外延生长，涂层具有连续、结晶度高的柱状晶。

TiSiCN纳米复合涂层3在多靶磁控溅射仪上采用反应溅射法进行制备，其方法步骤如下：

（1）清洗基体

首先将经抛光处理后的基体送入超声波清洗机，依次在分析纯的无水酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波进行清洗5～10min；然后进行离子清洗，即将基体装进真空室，抽真空到6×10-4Pa后通入Ar气，维持真空度在2-4Pa，用中频对基体进行为时30min的离子轰击，功率为80-100W；

（2）TiSiCN纳米复合涂层的制备

将基体置入多靶磁控溅射仪并停留在TiSiC复合靶之前，通过磁控溅射反应沉积获得具有超高硬度、低摩擦系数的TiSiCN纳米复合涂层；

所述的磁控溅射反应沉积过程的工艺控制参数为：

所述的TiSiC复合靶材中，按原子比计算，其中Ti为84%，Si和C的总原子量为16%，按原子比计算，其中Si：C为12%：4%；

TiSiC复合靶材的直径为75mm；

Ar气流量：38sccm，N2气流量：5sccm；

射频溅射功率300W，时间2h；

靶基距5cm；

总气压范围0.4Pa；

基体温度为300℃。

采用QuantaFEG450型扫描电子显微镜仪器，对上述所得的具有超高硬度、低摩擦系数的TiSiCN纳米复合涂层的厚度进行检测，其厚度约为3.5um；

采用NANOIndenterG200型纳米压痕仪仪器，对上述所得的具有超高硬度、低摩擦系数的TiSiCN纳米复合涂层的硬度进行检测，其硬度为36.1GPa；

采用HSR-2M涂层摩擦磨损试验机仪器对上述所得的具有超高硬度、低摩擦系数的TiSiCN纳米复合涂层与GCr15钢球的摩擦系数进行检测，其与GCr15钢球的摩擦系数为0.38。

本实用新型高硬度低摩擦系数的刀具，具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的耐热性能。

Claims (1)

1.一种涂覆纳米复合涂层的高硬度低摩擦系数的刀具，具有刀头部(1)和刀杆部(2)，所述刀头部(1)与刀杆部(2)为一体式结构，其特征在于，所述刀头部(1)的外表面上设有TiSiCN纳米复合涂层(3)；所述TiSiCN纳米复合涂层(3)由TiSiC复合靶材基体上磁控溅射反应沉积而成；所述TiSiCN纳米复合涂层(3)的总厚度为2.5～4.0μm。