本發(fā)明涉及一種齒輪加工中用于干切削的納米涂層刀具的涂覆方法。
背景技術(shù)：
：
隨著人類對(duì)資源和環(huán)境保護(hù)的日益重視，“清潔化生產(chǎn)”的概念已逐漸引起人們關(guān)注，并成為未來(lái)制造業(yè)的重要發(fā)展方向之一。 在金屬切削加工中，切削液具有冷卻、潤(rùn)滑、清洗、排屑、防銹等功能，對(duì)延長(zhǎng)刀具壽命，保證加工質(zhì)量起著重要作用。但是，切削液的廣泛使用，不但浪費(fèi)大量資源，增加了加工成本，而且污染環(huán)境，甚至危害工人健康。切削廢液的處理已成為現(xiàn)代制造業(yè)的一大難題。干切削是消除切削液污染，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)的有效途徑。干切削技術(shù)的發(fā)展在很大程度上要依賴于新型刀具的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。陶瓷刀具由于具有高耐熱性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，非常適合用于干切削。但陶瓷材料脆性大、強(qiáng)度及韌性差等固有物理特性卻在很大程度上限制了它在干切削中的應(yīng)用。
提高陶瓷材料強(qiáng)度及韌性最有效的方法是減小陶瓷晶粒尺寸，提高材料純度。 在陶瓷刀片制造過(guò)程中，特別在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，存在晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象。為遏制晶粒長(zhǎng)大，常在陶瓷粉末中加入MgO作為抑制劑，但該氧化物燒結(jié)后形成玻璃相，沉積于晶界處，使晶界分離，從而降低了晶界強(qiáng)度，且易產(chǎn)生晶間碎裂。如能在低溫下燒結(jié)陶瓷，則無(wú)須添加抑制劑，就可避免上述現(xiàn)象，提高陶瓷刀片性能。 最近，日本學(xué)者開(kāi)發(fā)了一種微細(xì)顆粒(0.22μm)、高純度(99.99%)的新型氧化鋁陶瓷粉末用于制造陶瓷刀片。這種微細(xì)粉末具有很大的比表面積(15.1m2/g)，壓實(shí)時(shí)具有極大的表面能，在此能量作用下，燒結(jié)時(shí)所需溫度明顯降低，在1230℃時(shí)即可充分燒結(jié)，這就意味著燒結(jié)時(shí)無(wú)須添加抑制劑，從而使晶界處無(wú)雜質(zhì)存在。 制造這種陶瓷刀片時(shí)可采用高速離心壓實(shí)方法，在10-20×103G的強(qiáng)大離心力作用下壓實(shí)坯料，經(jīng)干燥后在1230℃的溫度下燒結(jié)1.5小時(shí)即可獲得成品。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：
本發(fā)明的目的是提供一種齒輪加工中用于干切削的納米涂層刀具的涂覆方法。
上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種齒輪加工中用于干切削的納米涂層刀具的涂覆方法，刀具的納米涂層的涂覆可采用先進(jìn)的封閉場(chǎng)不平衡磁濺射法(CFUMS)，具體步驟如下所述：磁源靶置于真空室內(nèi)壁上，被涂刀具置于轉(zhuǎn)鼓上，將氬氣通入真空室中。根據(jù)涂層材料是非導(dǎo)體或?qū)w，分別用RF和DC電源進(jìn)行磁化產(chǎn)生等離子，當(dāng)沉積多層薄膜時(shí)需要兩種不同材料的等離子體，這時(shí)則可采用兩個(gè)靶，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)一整轉(zhuǎn)，即可沉積一層雙材料層，根據(jù)涂層所需層厚，可確定所需雙材料層的層數(shù)，從而確定轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)，每一層涂層的層厚則可通過(guò)每個(gè)靶的功率、轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速以及靶材料的濺射特性來(lái)控制；對(duì)獲得的涂層質(zhì)量進(jìn)行檢查，用針式輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)量涂層總厚度；用x射線衍射法測(cè)量單層涂層或雙材料層的厚度；用納米硬度測(cè)量法測(cè)量涂層硬度。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明方法與普通磁濺射法相比，具有效率高、功率消耗小、濺射室壓力小、溫度低、靶到工件距離大等優(yōu)點(diǎn)，獲得的涂層更純凈、更致密、性能更一致。此外，試驗(yàn)證明，CFUMS法生產(chǎn)重復(fù)性好，涂層具有更高的粘結(jié)強(qiáng)度，摩擦系數(shù)恒定，因而在干切削中具有更長(zhǎng)的使用壽命。
為了改善刀具的切削性能，新的刀具涂層材料及涂覆方法層出不窮，本發(fā)明是最成功的一種。本涂層方法可采用多種涂層材料的不同組合(如金屬/金屬組合、金屬/陶瓷組合、陶瓷/陶瓷組合、固體潤(rùn)滑劑/金屬組合等)，以滿足不同的功能和性能要求。設(shè)計(jì)合理的納米涂層可使刀具的硬度和韌性顯著增加，使其具有優(yōu)異的抗摩擦磨損及自潤(rùn)滑性能，十分適合用于干切削。
具體實(shí)施方式：
實(shí)施例1：
一種齒輪加工中用于干切削的納米涂層刀具的涂覆方法，刀具的納米涂層的涂覆可采用先進(jìn)的封閉場(chǎng)不平衡磁濺射法(CFUMS)，具體步驟如下所述：磁源靶置于真空室內(nèi)壁上，被涂刀具置于轉(zhuǎn)鼓上，將氬氣通入真空室中。根據(jù)涂層材料是非導(dǎo)體或?qū)w，分別用RF和DC電源進(jìn)行磁化產(chǎn)生等離子，當(dāng)沉積多層薄膜時(shí)需要兩種不同材料的等離子體，這時(shí)則可采用兩個(gè)靶，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)一整轉(zhuǎn)，即可沉積一層雙材料層，根據(jù)涂層所需層厚，可確定所需雙材料層的層數(shù)，從而確定轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)，每一層涂層的層厚則可通過(guò)每個(gè)靶的功率、轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速以及靶材料的濺射特性來(lái)控制；對(duì)獲得的涂層質(zhì)量進(jìn)行檢查，用針式輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)量涂層總厚度；用x射線衍射法測(cè)量單層涂層或雙材料層的厚度；用納米硬度測(cè)量法測(cè)量涂層硬度。
實(shí)施例2：
所述的齒輪加工中用于干切削的納米涂層刀具的涂覆方法，硬/硬復(fù)合涂層材料常用B4C/SiC、HfC/SiC和HfC/B4C，這種表面涂層可為刀具提供高溫氧化保護(hù)。此外，在切削加工中發(fā)現(xiàn)，碳化物/金屬?gòu)?fù)合涂層處會(huì)產(chǎn)生定向金屬氧化。當(dāng)TiAlN中的Al氧化生成氧化鋁時(shí)，可改善TiN涂層的性能，使其導(dǎo)熱系數(shù)減小，抗氧化擴(kuò)散的保護(hù)能力提高。Al與硬度更高(與TiN相比)的B4C、HfC、SiC等碳化物組成復(fù)合涂層，可更進(jìn)一步提高涂層性能。此外，具有較小摩擦系數(shù)的氧化物膜可減少刀具與工件界面處產(chǎn)生的切削熱。能形成這種低摩擦系數(shù)的氧化物保護(hù)膜的金屬有Al、Ta、Mo和W。例如在陶瓷表面離子注入混合的Ti和Ni而形成的表面具有極小的摩擦系數(shù)(0.06～0.09)；由Zr的氧化物形成的氧化鋯表面摩擦系數(shù)更小，且具有優(yōu)異的抗熱及散熱性能。層狀結(jié)晶的二硫化物也具有較小的摩擦系數(shù)，如二硫化鉬(MoS2)是常用的固體潤(rùn)滑劑，但它在空氣中加熱到350～400℃時(shí)即顯著氧化，如將MoS2與耐熱金屬M(fèi)o組合成復(fù)合涂層MoS2/Mo，則其耐熱能力可明顯提高。其它一些耐熱金屬的二硫化物(如WS2、TaS2)在空氣中比MoS2具有更好的穩(wěn)定性，如WS2在600～650℃時(shí)才氧化，而TaS2在空氣中加熱到750℃時(shí)仍保持穩(wěn)定。因此，由耐熱金屬的二硫化物與耐熱金屬組合的復(fù)合涂層(如WS2/W和TaS2/Ta)具有優(yōu)異的抗高溫性能。