[发明专利]一种涂层微结构化仿生表面金刚石刀具的加工方法

说明书

本发明公开了一种涂层微结构化仿生表面金刚石刀具的加工方法，所述方法包含有如下步骤：一、硬质合金基体表面处理；二、金刚石涂层的沉积；三、刀具表面微结构化处理；四、碳化硅涂层的制备。采用本发明的技术方案，刀具表面微结构化可提高刀具润滑能力，减少刀具在加工过程中刀‑屑‑工件表面的摩擦，从而降低切削过程中的切削力、切削温度、摩擦因素和刀具磨损等方面得切削机理。微结构化形状为叶脉茎状。研究表明，叶脉茎有着传热效果，使刀面的传热更加均匀，使得刀具的散热效果更佳。碳化硅涂层有着高硬度、高强度、高热导率、耐腐蚀和低的膨胀系数等优异性能，涂层后使得刀具在性能有着更高的硬度、强度、耐磨性和抗氧化能力等。

技术领域

本发明涉及一种金刚石刀具，尤其涉及一种涂层微结构化仿生表面金刚石刀具的加工方法，属于刀具金加工技术领域。

背景技术

随着我国制造业等领域工业技术的发展，需要对各种难加工材料进行加工，如高硅铝材料、高耐磨材料等，这就对刀具的使用性能要求越来越高，金刚石刀具以其高硬度、耐磨性、高热导率等被人们所关注，但是，在现有技术中金刚石刀具的金刚石涂层与硬质合金基体的粘合性比较差，且在高温高速切削加工过程中金刚石涂层易软化，使得在加工过程中金刚石涂层磨粒发生脱落，会大大减少金刚石刀具的切削性能和使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种涂层微结构化仿生表面金刚石刀具的加工方法，通过在金刚石刀具表面生成一种仿生微结构和表面涂覆上一种新型薄膜，提高金刚石刀具的切削性能和使用寿命，有效的解决了上述存在金刚石刀具对难加工材料切削性能差和使用寿命短的问题。

本发明的技术方案为：一种涂层微结构化仿生表面金刚石刀具的加工方法，所述方法包含有如下步骤：一、硬质合金基体表面处理；二、金刚石涂层的沉积；三、刀具表面微结构化处理；四、碳化硅涂层的制备。

所述步骤一中，采用酸碱两步法，即首先将硬质合金基体置于浓度为50%-80%的氢氧化钠碱性溶液中，去除基体表层覆盖的油脂和碳化钨，然后进行超声波清洗；再将清洗干净的基体置于浓度为20%-40%的盐酸酸性溶液中去除Co，然后进行超声波清洗干净并烘干。

所述步骤二中，采用化学气相沉积法（CVD）技术，以甲烷和氢气为反应气体，利用热丝加热的热化学气相沉积法在硬质合金表面沉积，然后得到金刚石涂层，涂层厚度为15-20nm。

所述步骤三中，采用激光加工技术对金刚石刀具表面进行微结构化加工。

所述步骤四中，采用化学气相沉积法（CVD）技术，前躯体系统为三氯甲基碳烷（MTS）+氢气，稀释气体为氮气。

所述气体的反应条件为：压力为0.5-1.4KPa，衬底温度为700℃-850℃。

所述微结构化形状为叶脉茎状，其结构参数为长为32-35um、深为12-14um、宽为5-7um和间距为50um。

所述制备碳化硅涂层步骤如下：A、将刀具进行超声波纯水清洗，并置于烘箱中烘干；B、将MTS、氢气和氮气分别置于CVD系统供气装置的气体容器中，并通过阀门控制其反应流量；C、开启系统，通过氢气鼓泡将MTS通入到反应沉积室内，阀门控制载气体氢气和稀释气体氮气流量分别为1500-2400ml/min、650-1000ml/min，系统反应温度为850-980℃、气压0.3-2KPa和时间2-4h；D、最后先关闭MTS阀门，保持氢气和氮气开启，然后进行降温降压处理，待反应室的温度和压强降至室温和大气压强时，即可取出得到涂层厚度为10-12um刀具。