[发明专利]一种超硬自润滑涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超硬自润滑涂层刀具及其制备方法。该刀具基体材料为高速钢，基体表面依次有硬质合金层、氧化铝陶瓷层、氮化硅陶瓷层、立方氮化硼层组成的叠层超硬涂层，该叠层涂层具有自润滑功效。所述叠层涂层采用等离子体喷涂方法制备。该刀具综合了高速钢、硬质合金、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、立方氮化硼及叠层涂层的优点，碳纳米管(CNTs)和氮化硼纳米管(BNNTs)的加入提高了涂层硬度、耐磨性及韧性；刀具整体既具有良好的韧性，又具有非常高的硬度和耐磨性能。切削过程中，温度较低时，石墨烯能够起到润滑效果，高温时PbO、Mo和TiB₂会发生原位反应，生成具有润滑效应的PbMoO₄、TiO₂和B₂O₃，从而能够减小切削过程中刀具摩擦磨损，提高刀具寿命。该刀具可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别涉及了一种超硬自润滑涂层刀具及其制备方法。

背景技术

刀具涂层技术是一种优质的表面改性技术，涂层刀具具有高硬度、良好的耐热性、抗氧化性和抗腐蚀性等优点，对刀具表面进行涂层处理是提高刀具寿命的重要方法之一。为进一步提高刀具性能，涂层刀具已由单层向多元化和复合化发展；同时，单一涂层在使用过程中受到很大局限性，通过制备叠层复合涂层，既能兼顾单一涂层的优良性能，又能弥补其局限性，从而显著提高涂层刀具性能。但干切削时，由于缺少切削液的润滑，导致刀具摩擦磨损剧烈，刀具寿命下降；同时，随着人们对于环保意识的增加，自润滑刀具已成为绿色切削刀具的一个研究热点。

中国发明专利“申请号：2011102143939.2”报道了一种梯度叠层涂层刀具及其制备方法，该叠层涂层刀具综合了ZrN、ZrTiN及梯度叠层结构的特点，具有高的硬度和耐磨性能。中国发明专利“申请号：201810077086.6”报道了一种氮化硅-硬质合金梯度涂层刀具及其制备方法，该刀具表面梯度涂层兼顾氮化硅基陶瓷和硬质合金的优点，既具有较高的硬度，又具有良好的韧性。中国发明专利“申请号：201310465488.0”报道了一种激光熔覆软硬复合涂层自润滑刀具的制备方法，在刀具基体前刀面首先熔覆氮化硅陶瓷或硬质合金等硬涂层，然后熔覆MoS₂或WS₂软涂层，该刀具具有韧性好、硬度高和自润滑功效。

发明内容

发明目的：本发明公开了一种超硬自润滑涂层刀具及其制备方法，该刀具兼顾高速钢、硬质合金、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和立方氮化硼的优点，既具有极高的硬度，又具有良好的韧性和自润滑功效。碳纳米管(CNTs)和氮化硼纳米管(BNNTs)的加入提高了刀具硬度和耐磨性的同时具有良好的韧性；切削过程中，温度较低时，石墨烯能够起到润滑效果，高温时PbO、Mo和TiB₂会发生原位反应，生成具有润滑效应的PbMoO₄、TiO₂和B₂O₃，从而能够减小切削过程中刀具摩擦磨损，提高刀具寿命。

技术方案：本发明的一种超硬自润滑涂层刀具通过以下方式实现：