一种表面跨尺度复合微造型刀具及制备方法
专利汇可以提供一种表面跨尺度复合微造型刀具及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 为一种表面跨尺度复合微造型刀具及制备方法，属于机械制造技术领域，在刀具材料表面进行凹腔形貌的微造型处理，以及在硬质涂层表面摩擦磨损敏感区域加工出微米级的凹腔和 纳米级 的沟槽，采取槽连通腔的组合方式分布，得到一种跨尺度复合微造型涂层刀具。此举不仅增强涂层刀具的膜-基结合强度，且提高了涂层刀具表面的 润湿性 能和润滑性能。，下面是一种表面跨尺度复合微造型刀具及制备方法专利的具体信息内容。
1.一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，包括刀具材料（1）、涂层（2），刀具材料（1）表面设有微造型形貌，刀具材料（1）与涂层（2）结合，涂层（2）表面设有复合微造型形貌。
2.根据权利要求1所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述微造型为凹腔形貌，所述复合微造型包括凹腔、凸起、凹凸复合和沟槽中两种或以上的混合；所述微造型、复合微造型的间距、表面边沿距均大于特征形貌直径。
3.根据权利要求1或2所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述微造型为刀具材料（1）表面阵列分布有微米级凹腔，复合微造型为在涂层（2）表面阵列分布有微米级凹腔、纳米级直线形沟槽与纳米级弧形沟槽。
4.根据权利要求3所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，涂层（2）表面的微米级凹腔中心、纳米级直线形沟槽沿槽向对称线靠刀尖处末端点以及纳米级弧形沟槽尾端中心位于同一条直线上。
5.根据权利要求3所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述刀具材料（1）表面阵列分布的微米级凹腔为直径d1=50~500μm，深度h1=5~20μm，凹腔中心与切削刃走向平行排列的间距L1=550~1000μm，凹腔中心与切削刃走向垂直排列的间距L2=550~1000μm，面积占有率为S1=2% 50%；所述涂层（2）表面的微米级凹腔直径d2=50 500μm，深度h3=5 20μ~ ~ ~
m，凹腔中心沿阵列数较长方向的间距L3=200~500μm，凹腔中心沿阵列数较长方向的间距L4=
200~500μm，纳米级直线沟槽为长度a1=500~2000μm，宽度b1=50~900nm，深度h2=30~500nm，面积占有率S2=2%~30%；所述纳米级弧形沟槽为圆心角度数n=90°~180°，半径r1=10~1000μm，半径r2=10 1000μm，半径r3=10 1000μm，宽度b2=50 900nm，面积占有率S3=2 20%。
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6.根据权利要求3所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述所述微造型、复合微造型的间距大于微造型或复合微造型直径是指特征形貌几何中心间或对称线间的距离大于特征形貌几何中心或对称线到该微造型或复合微造型所占区域的最大边缘轮廓间的距离；表面边沿距大于微造型或复合微造型直径是指微造型或复合微造型几何中心或对称线到其所在表面边沿轮廓的距离大于微造型或复合微造型几何中心或对称线到该微造型或复合微造型所占区域的最大边缘轮廓间的距离。
7.根据权利要求1或2所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述刀具材料（1）为高速刚、硬质合金、陶瓷、CBN、金刚石等材料之一，所述涂层（2）材料为Al2O3、TiC、TiCN、CrN、ZrN、C3N4或TiAlN涂层之一。
8.根据权利要求1或7所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述涂层（2）厚度为25 2000μm，且最小涂层（2）厚度大于最大织构深度。
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9.根据权利要求1—8中任意一项所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，在对刀具材料（1）涂覆前，微造型处理刀具材料（1）表面，在对涂层（2）涂覆后，复合微造型处理涂层（2）表面。
10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（A）将刀具前刀面抛光至Ra＜0.01的镜面，表面去油污处理，清洗并干燥充分；
（B）在刀具表面前刀面指定区域加工出分布均匀的微凹腔织构形貌，形成织构化刀具表面；
（C）在织构化刀具表面沉积涂层；
（D）在涂层表面指定区域加工出微米级凹腔及纳米级沟槽形貌，形成织构化涂层表面。
11.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，通过激光加工微米级凹腔，采用的激光器为Nd：YAG固体激光器，脉冲宽度100 2000μm，抽运电压100 500V，脉冲频率1 100Hz，~ ~ ~
离焦量 0mm，扫描速率2.0 50mm/s。
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12.根据权利要求10所述的处理方法，其特征在于，所述纳米级沟槽采用飞秒激光器加工，工作介质为钛宝石，激光波长800nm，单脉冲最大能量为1mJ，脉冲宽度为120fs。
13.根据权利要求9或10所述的一种表面跨尺度复合微造型刀具，其特征在于，所述复合微造型处理为电化学加工、反应离子蚀刻技术、电火花加工、光化学腐蚀加工或激光微织构加工中的一种或几种的混合加工。
14.根据权利要求9、10或11所述的处理方法，其特征在于，所述涂层（2）采用的涂层工艺为物理气相沉积、化学气相沉积或阴极弧物理蒸发方法的一种。
一种表面跨尺度复合微造型刀具及制备方法
技术领域
背景技术
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发明内容
50~500μm，深度h3=5~20μm，间距L3=200~500μm，间距L4=200~500μm，面积占有率S2=2%~30%；
所述纳米级弧形沟槽为圆心角度数n=90°~180°，半径r1=10~1000μm，半径r2=10~1000μm，半径r3=10~1000μm，宽度b2=50~900nm，面积占有率S3=2~20%。
2）在刀具表面前刀面指定区域加工出分布均匀的微凹腔织构形貌，形成织构化刀具表面；
3）在织构化刀具表面沉积涂层；
4）在涂层表面指定区域加工出微米级凹腔及纳米级沟槽形貌，形成织构化涂层表面。
米级沟槽采用飞秒激光器加工，工作介质为钛宝石，激光波长800nm，单脉冲最大能量为
1mJ，脉冲宽度为120fs。
具体实施方式
（1）前处理：将刀具基体材料前刀面抛光至Ra＜0.01的镜面，依次放入氢氧化钠60g/L、碳酸钠75g/L的水溶液中，超声清洗20min，清洗温度为45℃，去除表面油污及汗渍，干燥充分；
（2）激光加工织构化刀具材料表面：采用Nd：YAG脉冲激光器对刀具材料表面进行织构化处理，将刀具装夹在工作台上，调整激光器在刀具前刀面距离主切削刃100μm处，由刃外向刃内加工出行列数为10x10的阵列微凹腔织构形貌，微凹腔直径为d1=100μm，深度为h1=10μm，刀具材料表面微米级凹腔中心与切削刃走向平行排列的间距为L1=600μm，刀具材料表面微米级凹腔中心与切削刃走向垂直排列的间距为L2=600μm，面积占有率为S1=15%，形成织构化刀具材料表面；
（3）镀硬质涂层前处理：将加工出织构化基体表面的刀具放入氢氧化钠75g/L、碳酸钠
60g/L的水溶液中，超声清洗15min,清洗温度为50℃，去除表面加工残渣及粉尘，干燥充分后迅速放入已抽至8x10-3Pa本底真空度的镀膜室，烘烤至450℃，保温35min；
（4）离子清洗：通Ar气，其压力为1.2Pa,开启偏压电源，电压为750V，占空比0.2，开启离子源清洗20min，开启电弧源，偏压500V，靶电流60A，离子轰击Ti0.5min；
（5）沉积TiAlN：调整工作气压至0.5pa，偏压降低至200V，蒸发电流为70A，沉积温度为
450℃，电弧镀TiAlN 30min，冷却至室温后出炉；
（6）镀硬质涂层后处理：关闭TiAlN靶源，开启离子源轰击5 10min。关闭各项控制电源、~
离子源及气体源，硬质涂层涂覆结束。
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