[发明专利]一种带锯条铣齿用自润滑涂层滚铣刀及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种自润滑双金属带锯条铣齿用涂层滚铣刀及其制备方法，包括刀具基体，还包括依次沉积在刀具基体外表面的氮化物结合层、氮化物/MoS₂交替层；所述氮化物/MoS₂交替层由氮化物层与MoS₂层交替沉积所得。其中氮化物层采用电弧离子镀技术制备，MoS₂采用磁控溅射技术制备。本发明涉及了上述涂层滚铣刀的应用，所述涂层滚铣刀主要应用于双金属带锯条的铣齿加工。本发明通过多层结构设计减少了MeAlN氮化物涂层的摩擦系数，降低了涂层在干式铣齿过程中的切削力以及切削温度，延缓了h‑AlN的析出，保持了涂层的力学性能，获得兼具优异力学性能、耐磨减摩以及长切削寿命的双金属带锯条铣齿用涂层滚铣刀。

技术领域

本发明属于带锯条铣齿用自润滑涂层滚铣刀材料制备领域，特别涉及一种带锯条铣齿用自润滑涂层滚铣刀及其制备方法和应用。

背景技术

机械工业为国民经济发展提供物质技术基础，而金属切削加工在机械工业中有着举足轻重的地位。下料作为原材料加工的第一道工序，其加工质量与加工效率会影响后续整个加工过程。双金属带锯条作为一种大规模应用的金属切割下料工具，与其他下料方式相比具有锯切效率高、锯切尺寸范围大、切缝窄、断面精度高等诸多优点。双金属带锯条是由“齿部”钨钴合金高速钢和“背部”铬钒合金弹簧钢用“电子束”或“激光”焊接而成。齿部是带锯条的主要工作部分，参考齿条的加工方法，多数双金属带锯条生产厂家采用铣齿机，通过铣削的方式来进行锯齿成型，铣齿加工质量直接影响双金属带锯条的精度与性能，因此制备具有长寿命的滚齿刀具对于提升带锯条的生产效率、降低成本具有积极作用。采用物理气相沉积(PVD)的方法在滚齿刀上沉积一层或几层具有耐磨减摩特性的硬质涂层，能够有效降低刀具的磨损，延长刀具寿命，其中高Al含量的MeAlN氮化物涂层(如AlCrN、AlTiN等)凭借自身优异的力学性能和高温抗氧化性能，已在刀具领域获得广泛应用。

目前，双金属带锯条的铣齿加工多为湿式加工，在冷却液的作用下滚铣刀刃口的切削温度显著降。但在前刀面切屑与切削刃接触的地方，冷却液无法充分浸入，缺少切削液的润滑和冷却，刀具-工件以及刀具-切屑之间的摩擦增加，切削力与切削热显著上升，导致滚铣刀铣齿寿命下降以及双金属带锯条齿部加工精度恶化。近年来随着工业生产的环保标准不断提升，对切削液的使用和处理成本日益增加，无切削液的干式铣齿加工引起工业界的关注。

而通过干式铣齿加工物理气相沉积制备的具有面心立方结构的高Al含量MeAlN氮化物涂层也存在一些缺陷，虽然在固溶强化与细晶强化的共同作用下能表现出优异的力学性能与切削加工性能，但是在大进给的铣齿加工中，由于滚铣刀的刃口承受着大切削力(≥1000MPa)与高温度(≥700℃)，在应力和温度的共同作用下，高Al含量MeAlN氮化物涂层易发生结构转化并析出六方AlN(h-AlN)相，对涂层的力学性能与切削性能均产生负面影响，并且MeAlN氮化物涂层自身在切削钢材时也表现出较高的摩擦系数，这也不利于滚铣刀的实际应用。故此，我们现在急需制备一种兼具高硬度与低摩擦的涂层材料来降低滚齿刀加工时的切削力与切削温度带来的负面影响，以便实现双金属带锯条铣齿加工质量、成本与效率的协同改善。

发明内容

针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是，提供一种兼具优异的力学性能、耐磨减磨性能以及长切削寿命的双金属带锯条铣齿用自润滑涂层滚铣刀及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种带锯条铣齿用自润滑涂层滚铣刀，包括刀具基体，还包括自润滑涂层，所述自润滑涂层由依次设置在刀具基体表面的氮化物结合层、氮化物/MoS₂交替层构成；所述氮化物/MoS₂交替层由氮化物层与MoS₂层交替沉积所得。

进一步地，所述氮化物结合层的厚度为0.5～1.5μm，氮化物/MoS₂交替层的厚度为1.0～4.5μm，所述刀具基体表面自润滑涂层的总厚度为1.5～6.0μm。