[发明专利]一种原子层沉积二硫化钨软涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明属于金属切削工具制造技术领域，涉及一种原子层沉积二硫化钨软涂层刀具及其制备方法。该软涂层刀具结构包括基体和表面二硫化钨软涂层，基体材料为硬质合金刀具材料，表面二硫化钨软涂层是通过原子层沉积的方法获得，涂层材料与基体材料存在部分弱化学键结合，涂层与基体材料的结合强度较高。该原子层沉积二硫化钨软涂层刀具是通过基体材料表面酸腐去钴、钨源和硫源原子层沉积等工艺制备而成。该刀具可广泛应用于难加工金属材料的干式切削加工，原子层沉积可克服传统软涂层与基体结合强度薄弱的弊端，显著提高刀具的润滑使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种原子层沉积二硫化钨软涂层刀具及其制备方法，属于金属切削刀具制造技术领域。

背景技术

切削加工时刀具前刀面、后刀面不断与切屑和工件接触并发生强烈的摩擦，造成刀具磨损。目前，国内外减小刀具切削加工时的摩擦磨损的主要方法是使用切削液。然而，随着切削液用量的增加，其负面影响也越来越大，切削液的使用增加了产品的制造成本，污染环境，损害工人健康。解决这一问题的办法是采用干切削加工技术，干切削加工并不是简单的停止切削液的使用，其同时对刀具本身以及切削工艺提出了更高的要求。为了满足干切削加工综合切削性能的要求，金属切削工具行业在不断尝试开发新型耐磨刀具材料、刀具涂层、辅助微量润滑工艺以及开展刀具几何结构的优化设计，这些方法均在一定程度上解决了干切削加工技术对刀具的要求。在这些方法中，其中以涂层的适用性较广泛，但涂层与基体材料之间的结合问题成为了制约其性能发挥的一大因素。为此，寻求一种提高涂层与基体结合强度的新型涂层工艺，开发新型高结合性涂层刀具，对促进涂层刀具应用范围的扩大以及干切削加工技术的进步具有重要意义。

中国专利“专利号：ZL200610068975”报道了自润滑复合软涂层刀具及其制备方法，该刀具为采用中频磁控+多弧法镀膜方法制备的MoS₂/Zr/Ti复合涂层刀具，该刀具切削时能在表面形成具有润滑作用的连续固态润滑层，从而实现刀具的自润滑功能。中国专利“申请号：201711013252”报道了一种基于电射流的WS软涂层刀具的制备工艺，该发明利用电射流方法将WS₂软涂层沉积于刀具基体表面，所制备的WS₂软涂层刀具可应用于干切削和难加工材料的切削加工。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，改善软涂层刀具的涂层材料与基体材料之间的结合强度，提供一种原子层沉积二硫化钨软涂层刀具及其制备方法。

技术方案：本发明的一种原子层沉积二硫化钨软涂层刀具的结构包括基体和表面二硫化钨软涂层，基体材料为硬质合金刀具材料，表面二硫化钨软涂层是通过原子层沉积的方法获得，涂层材料与基体材料存在部分弱化学键结合，涂层与基体材料的结合强度较高。

本发明的一种原子层沉积二硫化钨软涂层刀具的制备方法如下：硬质合金刀具基体材料投入可溶解钴元素的酸液，将材料基体表面酸腐去钴；将酸腐处理后的刀片材料进行有机溶液浸泡的超声辅助清洗，并进行真空干燥处理；采用原子层沉积的方法，通过钨源和硫源的自限制化学反应在酸腐并清洗处理的刀具基体表面逐层沉积二硫化钨薄膜。

有益效果：本发明通过原子层沉积的方法在刀具材料表面沉积软涂层材料，可实现金属干式切削加工的自润滑功效。相对于现有的无涂层普通刀具，该刀具的软涂层成分具有优良的润滑性能，切削时可有效减缓刀具磨损并提高工件加工质量。相对于现有软涂层刀具，该刀具制备工艺中的酸腐去钴处理可增强涂层与基体材料的契合性结合并存储和承载软涂层润滑材料，原子层沉积可促使基体材料与涂层材料之间产生部分弱化学键结合，增强软涂层与基体材料的结合强度。本发明的一种原子层沉积二硫化钨软涂层刀具具备优良的自润滑性能及持久的切削耐磨损寿命，可广泛应用于强韧性难加工材料的切削加工。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1：