[发明专利]一种刀具刃部PVD涂层厚度的无损检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到刀具刃部PVD涂层厚度的无损检测方法，对于保证涂层后的刀具质量和刀具的精度具有重要意义。

背景技术

PVD（物理气相沉积）涂层是利用蒸发辉光放电等物理过程，在基材表面沉积出所需要涂层的技术。超硬材料表面沉积技术自问世以来得到迅速发展。各种切削刀具经涂层处理后能有效地提高产品的表面硬度和复合韧性，提高其耐磨损性和抗高温性能，从而大幅度地提高涂层产品的使用性能。因此，PVD涂层在现代机械加工中应用越来越广泛。

刀具经过PVD涂层后需要精确的测量其刃部涂层厚度，因为涂层的厚度将直接影响刀具的精度和涂层与基体的结合力。涂层太薄，刀具寿命低；涂层太厚，则涂层中的应力太高会降低涂层与基体的结合力，同时还会严重影响刀具的精度。一般刀具刃部的厚度以单面2.5～3.5微米比较合适。

传统的PVD涂层厚度通常采用球磨测厚仪进行测量，其原理是用淬火钢球加上金刚石研磨膏在刀具的PVD涂层部位磨出一个斑点，斑点的大小以少许露出基体材料为准，然后通过图像显微镜测量并计算获得PVD涂层的厚度。这种测量方法具有很大的缺点。首先是破坏性的，需要在涂层部位磨出一个凹斑，所以只能在刀具的柄部进行测量（如图1所示）；其次，刀具的各部位PVD涂层厚度是不一样的（这是由于各部位的曲率半径不同造成的），由于刀具的刃部非常锋利，使得PVD涂层在此处具有尖端堆积效应，造成刃部的PVD厚度明显高于柄部，所以经常测量柄部PVD涂层的厚度是合格的，可是刃部的PVD涂层厚度已经远远超差，严重的情况下会导致刀具精度下降直至报废。

现在虽然有了X-射线无损检测方法，但是这种设备价格昂贵（单台价格在80~100万RMB），同时这种设备测试的时候会出现光斑漂移现象，影响测量精度。另外这种设备对基材具有选择性，只有设备库里具有的材料才能进行测量。设备的维护成本也比较高。所以到目前为止，这种设备在PVD涂层厂家用的少之又少。

综合看来，如果能够利用破坏性的球磨法在柄部测出PVD涂层的厚度，通过公式直接计算出刃部的PVD涂层厚度，就是一种非常理想的无损测厚方法。

发明内容

为了解决上述的精确测量所使用的设备昂贵、测量成本高，同时对刀具刃部的损坏程度大等问题而提供一种刀具刃部的PVD涂层厚度的无损检测方法，即利用球磨测厚和公式配套的方法，按照这种方法就能够精确获得刀具刃部处的PVD涂层厚度，同时对模具刃部无损伤，同时也降低了检测成本。

本发明的技术方案

一种刀具刃部PVD涂层厚度的无损检测方法，包括如下步骤：

（1）、用球磨测厚仪在刀具的柄部带有PVD涂层的部位研磨直至少许露出基体，并获得一个小的斑点为止，通过图像显微镜测量并计算获得该刀具柄部处PVD涂层的厚度，将刀具柄部的PVD涂层厚度设为                                                ；

所述小的斑点的大小优选为1mm左右；

（2）、将代入以下公式求得，即为刀具刃部PVD涂层厚度； 

式中：

   —刀具柄部PVD涂层的单面厚度（微米）；

   —刀具刃部PVD涂层的单面厚度（微米）；

   —刀具柄部外圆直径（毫米）；

   —刀具刃部外圆直径（毫米）；

   —为与刀具材料有关的一个常数：对于硬质合金刀具，取0.2微米；对于高速钢刀具，取0.4微米。

上述的公式中，对于同直径刀具，柄部和刃部的外圆直径是相同的；对于变径刀具，柄部和刃部的外圆直径是不同的。

本发明的有益效果

本发明提供的方法是利用球磨测厚仪测出刀具刀柄PVD涂层厚度，后利用公式直接计算出刀具刃部PVD涂层厚度，从而减少对刀具刃部的破坏。

同时本发明的刀具刃部PVD涂层厚度测定方法，具有测量结果精确、误差小于0.1微米。

另外，本发明的测定方法具有测量方法简单，所用设备单一，仅使用球磨测厚仪，在保证检测成本较低的基础上，又保证了测量的精度。

附图说明

图1、具有TiN涂层的刀具。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

本发明所用的仪器：

球磨测厚仪：即CSM球磨型膜厚磨损测试仪，瑞士CSM仪器有限公司生产

图像显微镜（带有测量软件）：型号：4XC-TM，上海永汇仪器有限公司生产