[发明专利]一种表面跨尺度复合微造型刀具及制备方法

权利要求书

1.一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，包括刀具材料（1）、涂层（2），刀具材料（1）表面设有微造型形貌，刀具材料（1）与涂层（2）结合，涂层（2）表面设有复合微造型形貌。

2.根据权利要求1所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述微造型为凹腔形貌，所述复合微造型包括凹腔、凸起、凹凸复合和沟槽中两种或以上的混合；所述微造型、复合微造型的间距、表面边沿距均大于特征形貌直径。

3.根据权利要求1或2所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述微造型为刀具材料（1）表面阵列分布有微米级凹腔，复合微造型为在涂层（2）表面阵列分布有微米级凹腔、纳米级直线形沟槽与纳米级弧形沟槽。

4.根据权利要求3所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，涂层（2）表面的微米级凹腔中心、纳米级直线形沟槽沿槽向对称线靠刀尖处末端点以及纳米级弧形沟槽尾端中心位于同一条直线上。

5.根据权利要求3所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述刀具材料（1）表面阵列分布的微米级凹腔为直径d₁=50~500μm，深度h₁=5~20μm，凹腔中心与切削刃走向平行排列的间距L₁=550~1000μm，凹腔中心与切削刃走向垂直排列的间距L₂=550~1000μm，面积占有率为S₁=2%~50%；所述涂层（2）表面的微米级凹腔直径d₂=50~500μm，深度h₃=5~20μm，凹腔中心沿阵列数较长方向的间距L₃=200~500μm，凹腔中心沿阵列数较长方向的间距L₄=200~500μm，纳米级直线沟槽为长度a₁=500~2000μm，宽度b₁=50~900nm，深度h₂=30~500nm，面积占有率S₂=2%~30%；所述纳米级弧形沟槽为圆心角度数n=90°~180°，半径r₁=10~1000μm，半径r₂=10~1000μm，半径r₃=10~1000μm，宽度b₂=50~900nm，面积占有率S₃=2~20%。

6.根据权利要求3所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述所述微造型、复合微造型的间距大于微造型或复合微造型直径是指特征形貌几何中心间或对称线间的距离大于特征形貌几何中心或对称线到该微造型或复合微造型所占区域的最大边缘轮廓间的距离；表面边沿距大于微造型或复合微造型直径是指微造型或复合微造型几何中心或对称线到其所在表面边沿轮廓的距离大于微造型或复合微造型几何中心或对称线到该微造型或复合微造型所占区域的最大边缘轮廓间的距离。

7.根据权利要求1或2所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述刀具材料（1）为高速刚、硬质合金、陶瓷、CBN、金刚石等材料之一，所述涂层（2）材料为Al₂O₃、TiC、TiCN、CrN、ZrN、C₃N₄或TiAlN涂层之一。

8.根据权利要求1或7所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述涂层（2）厚度为25~2000μm，且最小涂层（2）厚度大于最大织构深度。

9.根据权利要求1—8中任意一项所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，在对刀具材料（1）涂覆前，微造型处理刀具材料（1）表面，在对涂层（2）涂覆后，复合微造型处理涂层（2）表面。

10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（A）将刀具前刀面抛光至Ra＜0.01的镜面，表面去油污处理，清洗并干燥充分；

（B）在刀具表面前刀面指定区域加工出分布均匀的微凹腔织构形貌，形成织构化刀具表面；

（C）在织构化刀具表面沉积涂层；

（D）在涂层表面指定区域加工出微米级凹腔及纳米级沟槽形貌，形成织构化涂层表面。