一種鍍制硬質涂層的樅樹型高速鋼銑刀制造技術

本實用新型專利技術公開了一種鍍制硬質涂層的樅樹型高速鋼銑刀，包括樅樹型高速鋼銑刀基體，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納米復合多層硬質涂層的樅樹型高速鋼銑刀。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合。本實用新型專利技術采用ＴｉＮ作為過渡層，提高了整個涂層同基體的結合強度，有利于充分發揮ＴｉＡｌＮ層的高硬度和高溫穩定性。對比試驗表明，本實用新型專利技術的涂層樅樹型銑刀大大提高了刀具的使用壽命。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種高速鋼銑刀，特別是涉及一種表面涂制TiN/TiAlN納米復合 多層涂層的揪樹型高速鋼銑刀。
技術介紹
我國大型火力電廠的單機容量已從300麗發展到亞臨界600麗等級，目前正在向 超臨界IOOO麗等級大型汽輪發電機組發展。輪槽的加工是轉子加工中最為關鍵、最為困難 的環節。對于成形銑削加工的實際操作而言，應當確保刀具精度，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，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 要求并提供樅樹型銑刀的企業主要是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型揪樹型高速鋼銑刀，帶有TiN/TiCN/Ti的納米復合多層結構涂 層。刀具使用后必須重新修磨、涂制硬質涂層，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，刀具在高溫下繼續保持耐 磨性的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供加工效率高、使用壽命長、可以 在更寬溫度范圍內使用、適宜在冷卻不理想的工作環境中應用的鍍制硬質涂層的樅樹型高 速鋼銑刀。 本技術采用含兩種以上等離子體源的物理氣相沉積技術在揪樹型銑刀表面 涂制TiN/TiAlN納米復合多層硬質涂層，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。 本技術的目的通過如下技術方案實現 —種鍍制硬質涂層的揪樹型高速鋼銑刀，包括揪樹型高速鋼銑刀基體，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納米復合多層硬質涂層的 揪樹型高速鋼銑刀。所述TiN納米多層厚度為200-1000nm;所述TiAlN納米多層厚度為 1-4 ii m ;過渡層TiN同基體管道加工用螺紋梳刀基體緊密結合。 TiN納米多層和TiAlN納米多層厚度之和優選為1. 2_5 ii m。 本技術是在揪樹型銑刀表面涂制了 TiN/TiAlN納米復合多層硬質涂層。采用 空心陰極直流等離子體弧(HCD)和陰極多弧離子鍍結合。工件臺可以實現公自轉控制。采 用純鈦和Ti4。Al6。合金作為靶材，Ar及N2作為工作氣體。 本技術與現有技術相比，具有如下優點和有益效果 本技術的TiN過渡層厚度為200-1000nm，為納米多層結構；TiAlN層厚度為 l-4ym，為納米多層結構。涂層同基體結合力超過55N。在相同銑削條件，同未涂層高速 鋼揪樹型銑刀的壽命比較，本專利技術涂層高速鋼揪樹型銑刀的壽命超過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80(TC，即使出現 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。附圖說明圖1為涂層高速鋼揪樹型銑刀結構示意圖。 圖2為本使用新型實例表面涂層結構的剖面示意圖。具體實施方式為了更好地理解本技術，以下結合附圖和實施例作進一步地描述。 如圖1所示，一種鍍制硬質涂層的揪樹型高速鋼銑刀由揪樹型高速鋼銑刀基體2 和硬質涂層1組成，硬質涂層1與揪樹型高速鋼銑刀基體2緊密結合。具體結構如圖2所 示，鍍制硬質涂層的揪樹型高速鋼銑刀包括揪樹型高速鋼銑刀基體2，過渡層TiN納米多層 1-2及外層TiAlN納米多層l-l，形成表面涂制了 TiN/TiAlN納米復合多層硬質涂層的揪樹 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 y m ; 過渡層TiN同基體揪樹型銑刀高速鋼基體緊密結合。納米復合多層硬質涂層同揪樹型高速 鋼銑刀基體2結合力超過55N，納米復合多層硬質涂層的維氏硬度超過HV3200。 鍍制硬質涂層的揪樹型高速鋼銑刀的制備包括如下步驟和工藝條件 (1)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12(TC的烘箱中干燥60分鐘； (2)銑刀預加熱將經過預處理的銑刀裝入Balzers公司生產的BD 802 088BE真 空鍍膜爐中，調整工件臺公轉轉速為6轉/分鐘。抽真空達到5x10—3Pa后，通入Ar氣，維持 真空度為2. 3x10—屮a，啟動HCD電子槍及爐體內加熱裝置；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。 (3)銑刀表面清洗刻蝕繼續保持鍍膜爐真空室內壓力為2. 3x10—屮a、 HCD電子槍 電流為130A。按照以下順序依次開動一定數量陰極多弧鈦靶，靶電流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700V脈沖偏壓，施加5分鐘后關閉；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分鐘后關閉。清洗結束真空室內溫度198°C。 (4)過渡層TiN納米多層1-2制備關閉步驟(3)開動的陰極多弧鈦靶，保持步驟 (3)中Ar氣通入量，調節N2氣通入量使鍍膜爐真空室壓力增加到2. 8x10—屮a ;聚焦HCD電 子槍直流電弧于坩堝，蒸發坩鍋中純鈦5分鐘后關閉HCD電子槍、Ar氣源；調節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分鐘后關閉；再啟動3個陰極多弧鈦 耙，對工件施加150V脈沖偏壓，施加IO分鐘后關閉。 (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Ti4。Al6。。調節N2的流量保持真空室內總壓力為3. 0x10—屮a。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分鐘后關閉。陰極多弧TiAl合金靶電流為81A。 制備的TiN/TiAlN納米復合多層硬質涂層為黑色，球磨痕跡測試涂層的總厚度為 3. 1 m。同時放入的同材質高速鋼基片涂層硬度經纖維硬度儀測試為HV3230 ;聲發射劃痕 儀測試涂層結合力63N。經檢測，在相同轉速和潤滑條件下加工。OSG銑刀(O40)新刀平 均加工5-7根槽；修磨后未鍍膜加工小于3根槽；而修磨后采用本專利技術鍍制的膜層可加6根 槽。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鍍制硬質涂層的樅樹型高速鋼銑刀，其特征在于：包括樅樹型高速鋼銑刀基體，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納米復合多層硬質涂層的樅樹型高速鋼銑刀，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合。

【技術特征摘要】
一種鍍制硬質涂層的樅樹型高速鋼銑刀，其特征在于包括樅樹型高速鋼銑刀基體，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納米復合多層硬質涂層的樅樹型高速鋼銑刀,所述TiN納米多層厚度為200-1000n...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭繼華，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：實用新型
國別省市：81[中國|廣州]