一種鍍制超硬涂層的新型高速鋼銑刀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀，包括新型高速鋼銑刀基體，過渡層TiN納米多層及外層TiAlN納米多層，形成表面涂制了TiN/TiAlN納米復合多層硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀。所述TiN納米多層厚度為200-1000nm；所述TiAlN納米多層厚度為1-4μm；過渡層TiN同基體管道加工用螺紋梳刀基體緊密結(jié)合。涂層制備方法采用空心陰極直流等離子弧同空心陰極多弧離子鍍結(jié)合。本發(fā)明采用TiN作為過渡層，提高了整個涂層同基體的結(jié)合強度，有利于充分發(fā)揮TiAlN層的高硬度和高溫穩(wěn)定性。對比試驗表明，本發(fā)明的涂層新型銑刀大大提高了刀具的使用壽命。
【專利說明】一種鍍制超硬涂層的新型高速鋼銑刀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高速鋼銑刀，特別是涉及一種新型高速鋼銑刀鍍膜工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]我國大型火力電廠的單機容量已從300MW發(fā)展到亞臨界600MW等級，目前正在向超臨界1000MW等級大型汽輪發(fā)電機組發(fā)展。輪槽的加工是轉(zhuǎn)子加工中最為關(guān)鍵、最為困難的環(huán)節(jié)。對于成形銑削加工的實際操作而言，應(yīng)當確保刀具精度，同時還希望刀具具有盡可能長的切削壽命和多的修磨次數(shù)，以降低刀具成本。因此刀具表面鍍層的性能對刀具的壽命及加工質(zhì)量具有較大影響。目前汽輪機加工工具主要依賴進口。國外能夠達到刀具精度要求并提供新型銑刀的企業(yè)主要是OSG、SACCKE, FRANCE等公司。進口刀具的涂層主要是TiCN系列涂層，如日本SG型新型高速鋼銑刀，帶有TiN/TiCN/Ti的納米復合多層結(jié)構(gòu)涂層。刀具使用后必須重新修磨、涂制硬質(zhì)涂層，而且TiCN涂層的硬度和抗高溫氧化性能有待進一步加強，以適應(yīng)缺少冷卻或不能充分冷卻的加工過程中，刀具在高溫下繼續(xù)保持耐磨性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的鋏點，提供加工效率高、使用壽命長、可以在更寬溫度范圍內(nèi)使用、適宜在冷卻不理想的工作環(huán)境中應(yīng)用的鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀。
[0004]本發(fā)明采用含兩種以上等離子體源的物理氣相沉積技術(shù)在新型銑刀表面涂制TiN/TiAIN納米復合多層硬質(zhì)涂層，提高這種刀具的加工效率和使用壽命，尤其是提高其抗高溫氧化性能。
[0005]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀，包括新型高速鋼銑刀基體，過渡層TiN納米多層及外層TiAlN納米多層，形成表面涂制了 TiN/TiAIN納米復合多層硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀。所述TiN納米多層厚度為200-1000nm ;所述TiAlN納米多層厚度為1_4 y m ;過渡層TiN同基體管道加工用螺紋梳刀基體緊密結(jié)合。
[0007]TiN納米多層和TiAlN納米多層厚度之和優(yōu)選為1.2-5 U m。
[0008]本發(fā)明是在新型銑刀表面涂制了 TiN/TiAIN納米復合多層硬質(zhì)涂層。采用空心陰極直流等離子體弧(HCD)和陰極多弧離子鍍結(jié)合。工件臺可以實現(xiàn)公自轉(zhuǎn)控制。采用純鈦和Pm合金作為靶材，Ar及N2作為工作氣體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0009]本發(fā)明的TiN過渡層厚度為200-1000nm，為納米多層結(jié)構(gòu)；TiAlN層厚度為1-4 ym，為納米多層結(jié)構(gòu)。涂層同基體結(jié)合力超過100N。在相同銑削條件，同未涂層高速鋼新型銑刀的壽命比較，本發(fā)明涂層高速鋼新型銑刀的壽命超過2倍以上。目前廣泛采用的TiCN系涂層受到涂層自身抗氧化能力不足和硬度較低的限制，使用溫度不能超過500°C。一旦切削加工過程冷卻不足，摩擦產(chǎn)生的熱量將導致工具表面溫度急劇升高，嚴重影響工具的切削性能，加快涂層的磨損速率。TiAlN涂層耐高溫溫度超過800°C，即使出現(xiàn)冷卻不足的情況，涂層仍然能夠保持極高的硬度，因此磨損較TiCN涂層輕微。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為涂層聞速鋼新型統(tǒng)刀結(jié)構(gòu)不意圖。
[0011]圖2為本使用新型實例表面涂層結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
實施例
[0012]結(jié)合附圖和實施例作進一步地描述:
[0013]如圖1所示，一種鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀由新型高速鋼銑刀基體2和硬質(zhì)涂層I組成，硬質(zhì)涂層I與新型高速鋼銑刀基體2緊密結(jié)合。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀包括新型高速鋼銑刀基體2，過渡層TiN納米多層1-2及外層TiAlN納米多層1-1，形成表面涂制了 TiN/TiAIN納米復合多層硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀。TiN納米多層1-2厚度為200-1000nm ；TiAlN納米多層1-1厚度為1-4 μ m ;
[0014]過渡層TiN同基體新型銑刀商速鋼基體緊密結(jié)合。納米復合多層硬質(zhì)涂層同新型高速鋼銑刀基體2結(jié)合力超過55N，納米復合多層硬質(zhì)涂層的維氏硬度超過HV3200。
[0015]鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀的制備包括如下步驟和工藝條件:
[0016](I)銑刀預處理:將銑刀置于“強力”牌堿性金屬清洗液煮沸120分鐘表面除油；室溫下將銑刀置于盛有堿性金屬清洗液的超聲清洗機(頻率40kHz)中超聲處理5分鐘；將清洗后的銑刀放入純乙醇溶液脫水處理后置于120°C的烘箱中干燥60分鐘；
[0017](2)銑刀預加熱:將經(jīng)過預處理的銑刀裝入Balzers公司生產(chǎn)的BD 802 088BE真空鍍膜爐中，調(diào)整工件臺公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分鐘。抽真空達到5xl0_3pa后，通入Ar氣，維持真空度為2.3*10_%，啟動HCD電子槍及爐體內(nèi)加熱裝置；控制HCD電子槍電流在130A ；HCD源的直流等離子體電弧直接照射銑刀表面，20分鐘后真空室溫度130°C。
[0018](3)銑刀表面清洗刻蝕:繼續(xù)保持鍍膜爐真空室內(nèi)壓力為2.3*10_中&、HCD電子槍電流為130A。按照以下順序依次開動一定數(shù)量陰極多弧鈦靶，靶電流80A，并對工件施加偏壓:先啟動2個陽極多弧鈦靶，對工件施加700V脈沖偏壓，施加5分鐘后關(guān)閉；其后啟動2個陰極多弧鈦靶，對工件施加600V脈沖偏壓，施加12分鐘后關(guān)閉；再啟動3個陰極多弧鈦靶，對工件施加400V脈沖偏壓，施加30分鐘后關(guān)閉。清洗結(jié)束真空室內(nèi)溫度198°C。
[0019](4)過渡層TiN納米多層1-2制備:關(guān)閉步驟(3)開動的陰極多弧鈦靶，保持步驟
(3)中Ar氣通入量，調(diào)節(jié)氮氣通入量使鍍膜爐真空室壓力增加到2.8xlO-lPa ;聚焦HCD電子槍直流電弧于坩堝，蒸發(fā)坩鍋中純鈦5分鐘后關(guān)閉HCD電子槍、Ar氣源；調(diào)節(jié)N。流量，保持真空壓力為1.0Pa，按照以下順序依次啟動陰極多弧鈦靶，靶電流為80A，并對工件施加偏壓:先啟動2個陰極多弧鈦靶，對工件施加300V脈沖偏壓，施加5分鐘后關(guān)閉；隨后啟動3個陰極多弧鈦靶，對工件施加200V脈沖偏壓，施加5分鐘后關(guān)閉；再啟動3個陰極多弧鈦靶，對工件施加150V脈沖偏壓，施加10分鐘后關(guān)閉。
[0020](5)外層TiAlN納米多層1-1制備:本步驟使用陰極多弧TiAl合金靶的成分為T130A170。調(diào)節(jié)N2的流量保持真空室內(nèi)總壓力為3.0xl0_lPa。首先啟動2個陰極多弧TiAl合金靶，對工件施加200V脈沖偏壓，施加20分鐘后關(guān)閉；然后啟動3個陰極多弧TiAl合金靶，對工件施加120V脈沖偏壓，施加20分鐘后關(guān)閉；再啟動3個陰極多弧TiAl合金靶，對工件施加80V脈沖偏壓，施加20分鐘后關(guān)閉。陰極多弧TiAl合金靶電流為81A。
[0021]制備的TiN/TiAIN納米復合多層硬質(zhì)涂層為黑色，球磨痕跡測試涂層的總厚度為
3.1 μ m。同時放入的同材質(zhì)高速鋼基片涂層硬度經(jīng)纖維硬度儀測試為HV3230 ;聲發(fā)射劃痕儀測試涂層結(jié)合力63N。經(jīng)檢測，在相同轉(zhuǎn)速和潤滑條件下加工。OSG銑刀(①40)新刀平均加工5-7根槽；修磨后未鍍膜加工小于3根槽；而修磨后采用本發(fā)明鍍制的膜層可加6根槽。
【權(quán)利要求】
1.一種鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀，其特征在于:包括新型高速鋼銑刀基體，過渡層TiN納米多層及外層TiAlN納米多層，形成表面涂制了 TiN/TiAIN納米復合多層硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀，所述TiN納米多層厚度為200-1000nm;所述TiAlN納米多層厚度為1-4 μ m ;過渡層TiN同基體管道加工用螺紋梳刀基體緊密結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍制硬質(zhì)涂層的新型高速鋼銑刀，其特征在于:TiN納米多層和TiAlN納米多層厚度之和為1.2-5 μ m。
【文檔編號】B23C5/00GK103658790SQ201210352714
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】袁萍 申請人:無錫慧明電子科技有限公司