[发明专利]一种超硬自润滑涂层刀具及其制备方法

权利要求书

1.一种超硬自润滑涂层刀具，其特征在于：刀具基体材料为高速钢，基体表面具有硬质合金层、氧化铝陶瓷层、氮化硅陶瓷层和立方氮化硼层组成的叠层超硬自润滑涂层，所述超硬涂层采用等离子体喷涂方法制备；其制备方法采用等离子体喷涂技术在刀具基体前刀面和后刀面依次熔覆硬质合金混合粉、氧化铝陶瓷混合粉、氮化硅陶瓷混合粉和立方氮化硼混合粉制备出叠层超硬自润滑涂层；硬质合金混合粉中各成分重量百分比为：55-65％WC、5-8％TiC、5-8％Co、1-2％TaN、15-25％Ni60A、2-4％PbO、2-4％Mo、2-4％TiB₂、0.5-1.5％BNNTs、0.5-1.5％CNTs、0.5-1.5％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；氧化铝陶瓷混合粉中各成分重量百分比为：40-60％Al₂O₃、10-20％TiC、15-25％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；氮化硅陶瓷混合粉中各成分重量百分比为：40-60％Si₃N₄、10-20％ZrO₂、15-25％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；立方氮化硼混合粉中各成分重量百分比为：50-60％CBN、20-30％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％。

2.一种超硬自润滑涂层刀具的制备方法，其特征在于：其制备方法采用等离子体喷涂技术在刀具基体前刀面和后刀面依次熔覆硬质合金混合粉、氧化铝陶瓷混合粉、氮化硅陶瓷混合粉和立方氮化硼混合粉制备出叠层超硬自润滑涂层；硬质合金混合粉中各成分重量百分比为：55-65％WC、5-8％TiC、5-8％Co、1-2％TaN、15-25％Ni60A、2-4％PbO、2-4％Mo、2-4％TiB₂、0.5-1.5％BNNTs、0.5-1.5％CNTs、0.5-1.5％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；氧化铝陶瓷混合粉中各成分重量百分比为：40-60％Al₂O₃、10-20％TiC、15-25％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；氮化硅陶瓷混合粉中各成分重量百分比为：40-60％Si₃N₄、10-20％ZrO₂、15-25％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；立方氮化硼混合粉中各成分重量百分比为：50-60％CBN、20-30％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％。

3.根据权利要求2所述的超硬自润滑涂层刀具的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤为：

(1)前处理：将刀具依次放在酒精和丙酮溶液中超声清洗各20-30min，进行去油污处理；

(2)熔覆硬质合金层：配置硬质合金混合粉料，其主要成分的重量百分比为：55-65％WC、5-8％TiC、5-8％Co、1-2％TaN、15-25％Ni60A、2-4％PbO、2-4％Mo、2-4％TiB₂、0.5-1.5％BNNTs、0.5-1.5％CNTs、0.5-1.5％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；将配制好的硬质合金混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为10-80g/cm³；采用等离子体喷涂技术将硬质合金混合粉料熔覆在刀具前刀面和后刀面，熔覆过程采用同步送粉方式进行；等离子体加工参数如下：功率20-80kW，Ar气流量20-80L/min，H₂气流量10-60L/min，扫描速度2-50mm/s；

(3)熔覆氧化铝陶瓷层：配置氧化铝陶瓷混合粉料，其主要成分的重量百分比为：40-60％Al₂O₃、10-20％TiC、15-25％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；将配制好的氧化铝陶瓷混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为10-80g/cm³；采用等离子体喷涂技术将氧化铝陶瓷混合粉料熔覆在硬质合金层表面，熔覆过程采用同步送粉方式进行；等离子体加工参数如下：功率20-80kW，Ar气流量20-80L/min，H₂气流量10-60L/min，扫描速度2-50mm/s；

(4)熔覆氮化硅陶瓷层：配置氮化硅陶瓷混合粉料，其主要成分的重量百分比为：40-60％Si₃N₄、10-20％ZrO₂、15-25％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；将配制好的氮化硅陶瓷混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为10-80g/cm³；采用等离子体喷涂技术将氮化硅陶瓷混合粉料熔覆在氧化铝陶瓷层表面，熔覆过程采用同步送粉方式进行；等离子体加工参数如下：功率20-80kW，Ar气流量20-80L/min，H₂气流量10-60L/min，扫描速度2-50mm/s；

(5)熔覆立方氮化硼层：配置立方氮化硼混合粉料，其主要成分的重量百分比为：50-60％CBN、20-30％Ni60A、2-5％PbO、2-5％Mo、2-5％TiB₂、0.5-2％BNNTs、0.5-2％CNTs、0.5-2％石墨烯，各材料的重量百分比之和为100％；将配制好的立方氮化硼混合粉料装入送粉器中，调整送粉器送粉速率为10-80g/cm³；采用等离子体喷涂技术将立方氮化硼混合粉料熔覆在氮化硅陶瓷层表面，熔覆过程采用同步送粉方式进行；等离子体加工参数如下：功率20-80kW，Ar气流量20-80L/min，H₂气流量10-60L/min，扫描速度2-50mm/s；

(6)后处理：熔覆完成后对刀具表面进行修整，得到所述叠层超硬自润滑涂层刀具，使得涂层总厚度为100-3000μm。