耐磨涂層及其制造方法、用途、齒輪銑刀技術

本發明專利技術涉及涂層領域，特別涉及耐磨涂層及其制造方法、用途、齒輪銑刀。一種耐磨涂層以質量百分比計，其成分組成為：立方氮化硼22～33％；氮化硅7～13％；氮化鋁11～16％；氮化鈦15～23％；鈷基合金粉末17～28％；銅粉2～8％。本發明專利技術的有益效果是利用激光熔覆技術，涂層材料與基體材料粘結牢固，不易脫落，并能夠有效提高耐磨性、表面硬度、拉伸強度，滿足刀具切削功能及要求，同時能夠節約能源、降低成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及涂層領域，特別涉及耐磨涂層及其制造方法、用途、齒輪銑刀。
技術介紹
近幾十年，應市場需求，切削刀具表面涂層這種材料表面改性技術逐漸發展，切削刀具表面的涂層是決定刀具在某一條件下能夠用多大切削速度的關鍵因素。切削刀具在切削加工中，刀具性能對切削加工的效率、精度及表面質量有著決定性的影響。刀具性能的兩個關鍵指標——硬度和強度(韌性)之間，總是存在著矛盾，硬度高的材料往往強度和韌性低，而要提高韌性往往是以硬度的下降為代價的。如齒輪銑刀切削過程中,刀具承受的切削力達2-3Gpa，切削溫度高達900-1100℃，而切削速度通常在每分鐘幾十米到幾百米的數量級范圍內，因此在高壓、高溫和高速下工作的齒輪銑刀摩擦磨損問題很嚴重。傳統的涂層一般為了提高材料的斷裂韌性，必須不斷調整原材料的組分和比例，而且在斷裂韌性提高的同時，有時會降低材料的硬度和耐磨性。隨著陶瓷材料的發展，陶瓷刀具也已經成為高速切削加工領域最重要的刀具之一，雖然陶瓷刀具能夠提高刀具壽命和加工效率，但是現有陶瓷刀具的低斷裂韌性已經限制了它們的廣泛應用，特別是不能滿足斷續加工的要求。目前，我國的切削刀具涂層技術通常采取CVD或PVD技術。CVD工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對容易，但CVD工藝處理溫度高,易造成刀具材料抗彎強度下降，并且CVD工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環境污染。與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響，但與國際發展水平相比，我國的刀具PVD涂層技術仍落后十年左右，目前且仍以單層TiN涂層為主，在高速銑削加工中，硬質合金銑削類刀具也會選用TiAlN、TiAlCN或TiN-AlN涂層。雖然鈦合金具有諸多優點，如高比強、耐燭性及低密度，己被廣泛應用于航空航天及汽車制造等工業領域，但鈦合金的耐磨性能較差，限制了其優異性能的發揮。為了使上述情況有所改善，切削技術能夠有所提升，開發新型具有較強的抗磨損能力涂層，對改善切削性能和延長刀具壽命具有重要意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種耐磨涂層、及其制造方法、用途、齒輪銑刀，得到一種性能優越的新型耐磨涂層，改善刀具切削性能，延長刀具壽命。本專利技術具體技術方案如下：一種耐磨涂層，以質量百分比計，其成分組成為：立方氮化硼：22～33％；氮化硅：7～13％；氮化鋁：11～16％；氮化鈦：15～23％；鈷基合金粉末：17～28％；銅粉：2～8％。進一步的，所述耐磨涂層以質量份數計，其成分組成為：立方氮化硼：28％；氮化硅：9％；氮化鋁：14％；氮化鈦：21％；鈷基合金粉末：24％；銅粉：4％。進一步的，所述的鈷基合金粉末采用金屬號Co120型。進一步的，所述耐磨涂層的制造方法，其特征在于，采用激光熔覆技術，包括以下步驟：1)將基體表面用砂紙磨平，用丙酮或酒精將噴涂基材表面清洗干凈，除去其表面油漬污物，自然風干后待用。2)按照質量百分數將所有原料混合均勻，作為熔覆粉末。3)采用旁軸同步送粉的激光熔覆方式，將保護氣口正對將被熔覆的基體表面，位置調整好之后，將基體表面與激光器發射口拉開一定的距離，激光器頭和同軸氣保護粉末自匯聚送粉頭固定在機器手臂頭上，依靠機器手的運動實現激光熔覆。4)當基體即將接近保護氣口時，提前2s開啟保護氣。當基體即將接近激光發射口時，提前2s開啟激光發射器。5)當試樣表面完成激光熔覆后，再過2s后將保護氣關閉，以使保護氣對試樣表面進行充分保護。進一步的，所述耐磨涂層采用的激光熔覆設備為1.5kW的HJ-4型橫流式CO2激光器，配以SF2型自動送粉器。熔覆速度為200mm/min，送粉量15.4g/min，光斑直徑4mm，采用氬氣或氮氣作為保護氣和送粉氣。進一步的，所述基體采用高速鋼。進一步的，本專利技術中，耐磨涂層用于涂覆了齒輪銑刀。本專利技術與現有技術相比具有以下效果：(1)本專利技術在具有高強度和韌性的基體材料上涂覆一層耐磨損的材料，使刀具獲得優良的綜合力學性能，可以大幅度提高機械加工效率和產品的制造精度，有效提高切削刀具使用壽命。(2)本專利技術選擇的氮化物混合粉末由立方氮化硼、氮化硅、氮化鋁、氮化鈦組成。立方氮化硼為閃鋅礦結構，具有良好的導熱性，硬度僅次于金剛石，可有效提高涂層的硬度，硼元素能降低合金熔點，改善溶體對基體的潤濕能力，有利于改進合金的表面張力及流動性；氮化硅是一種原子晶體材料，本身具有潤滑性，高溫時抗氧化，并且具有非常好的耐磨性；因此在本專利技術中與立方氮化硼共同作為所述涂層的耐磨材料。氮化鋁是原子晶體，屬類金剛石氮化物，力學強度高，且強度隨溫度的升高下降較慢，作為涂層中良好的耐熱沖擊材料；氮化鈦熔點比大多數過渡金屬氮化物的熔點高，而密度卻比大多數金屬氮化物低，因此在本專利技術中與氮化鋁共同作為所述涂層的耐熱材料。(3)本專利技術選擇的鈷基合金元素為Co120型，其中包含有碳、鉻、硅、鎳、鎢、鐵、錳、鉬幾種合金元素，是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質合金。其中碳元素的加入可獲得高硬度的碳化物,形成彌散強化相，進一步提高熔覆層的耐磨性；鉻元素能夠固溶在鎳的面心立方晶體中，對晶體既起固溶作用，又對熔覆層起氧化鈍化作用，從而提高了耐蝕性能和抗高溫氧化能；富余的鉻與碳、硼形成碳化鉻和硼化鉻硬質相，提高了合金的硬度和耐磨性；硅元素一方面作為脫氧劑和自熔劑，增加潤濕性，另一方面通過固熔強化和彌散強化提高涂層的硬度和耐磨性；鎳元素可增加溶覆層塑韌性，還可降低熔覆層的殘余拉壓力與熱膨脹系數，使裂紋率明顯下降。(4)銅具有良好的熱導性，并具有一定的耐腐蝕性，還可以保證齒輪銑刀在高速運轉的危險環境下不產生火花，增強所述涂層的結構強度。(5)激光熔覆技術是一種新型表面改性技術，它利用高能量密度的光束使基材表面的熔覆材料與基材表面薄層一起熔凝，在基材表面形成與其為冶金結合的添料熔覆涂層。該方法將基體材料的強韌性和熔覆材料的耐磨、耐高溫、抗氧化性等有機結合起來，提高涂層的工作性能。具體實施方式下面將結合實施例對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例1本實施例所述的，耐磨涂層以質量百分比計，其成分組成為：立方氮化硼：28％；氮化硅：9％；氮化鋁：14％；氮化鈦：21％；鈷基合金粉末：24％；銅粉：4％。本實施例所述的，耐磨涂層制備方法，包括以下步驟：1)將基體表面用砂紙磨平，用丙酮或酒精將噴涂基材表面清洗干凈，除去其表面油漬污物，自然風干后待用。2)按照重量份數將氮化物混合粉末、鈷基合金粉末和銅粉混合均勻，作為熔覆粉末。3)采用旁軸同步送粉的激光熔覆方式，將保護氣口正對將被熔覆的基體表面，位置調整好之后，將基體表面與激光器發射口拉開一定的距離，激光器頭和同軸氣保護粉末自匯聚送粉頭固定在機器手臂頭上，依靠機器手的運動實現激光熔覆。4)當基體即將接近保護氣口時，提前2s開啟保護氣。當基體即將接近激光發射口時，提前2s開啟激光發射器。5)當試樣表面完成激光熔覆后，再過2s后將保護氣關閉，以使保護氣對試樣表面進行充分保護。本實施例所述的，激光熔覆設備為1.5kW的HJ-4型本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種耐磨涂層，其特征在于，按質量百分比計，其成分組成為：立方氮化硼：22～33％；氮化硅：7～13％；氮化鋁：11～16％；氮化鈦：15～23％；鈷基合金粉末：17～28％；銅粉：2～8％。

【技術特征摘要】
1.一種耐磨涂層，其特征在于，按質量百分比計，其成分組成為：立方氮化硼：22～33％；氮化硅：7～13％；氮化鋁：11～16％；氮化鈦：15～23％；鈷基合金粉末：17～28％；銅粉：2～8％。2.根據權利要求1所述的耐磨涂層，其特征在于，按質量百分比計，其成分組成為：立方氮化硼：28％；氮化硅：9％；氮化鋁：14％；氮化鈦：21％；鈷基合金粉末：24％；銅粉：4％。3.根據權利要求1所述的耐磨涂層，其特征在于，按質量百分比計，其成分組成為：立方氮化硼：30％；氮化硅：11％；氮化鋁：11％；氮化鈦：18％；鈷基合金粉末：28％；銅粉：2％。4.根據權利要求1-3中任一所述的耐磨涂層，其特征在于，所述的鈷基合金粉末采用金屬號Co120型。5.一種如權利要求1-4中任一所述耐磨涂層的制造方法，其特征在于，采用激光熔覆技術，包括以下步驟：1)將基體表面用砂紙磨平，用丙酮或酒精將噴涂...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚根穩，
申請(專利權)人：懷寧縣涼亭建材有限責任公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34