一种刀具刀片制造技术

一种刀具刀片，该刀片为复合式c-BN刀片，由硬质合金刀体焊c-BN刀刃构成，所述复合式c-BN刀片上施镀有TiN涂层。本实用新型专利技术制备的TiN涂层为面心立方结构并呈现较强的(200)织构，涂层致密。该涂层可以显著提高刀具的使用寿命和加工精度。本实用新型专利技术一方面减少了高温对复合式刀片焊缝处的损伤，另一方面，沉积完毕后，涂层余温低(约150℃)，无需冷却，可以直接拿出沉积腔，工业化生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种切削刀片，具体的说涉及一种涂有TiN涂层的c-BN复合式刀片。技术背景立方氮化硼(c-BN)材料因其超高硬度(仅次于金刚石)，低热膨胀系数，高化学稳定性，高热稳定性和高温硬度等特点。将其加工成刀具在切削加工耐热钢、淬火钢、镍钴超合金等难以切削的硬质材料(硬度一般大于50HRC的材料)时常表现出切削精度高，加工效率高等优异性能。目前已被广泛的应用于汽车加工、航空制造、船舶制造等各个行业。尽管氮化硼刀具表现出优秀的切削性能，但是氮化硼本身的价格也比较高，所以常将c-BN焊接在硬质合金基体上形成复合式立方氮化硼刀片。在生产c-BN刀具的过程中，相对于硬质合金，c-BN的高硬度和脆性会导致成品刀片产生较高的内应力，严重时更会有微裂纹。这样在切削硬质淬火钢或高硬粉末冶金材料时，会加速磨损降低刀具的使用寿命，严重的会出现刀具崩刃现象。TiN(氮化钛)涂层因其具有较高的硬度和韧性，也具备较好的抗氧化能力且色泽为金黄色，是一种既美观又具有较好耐冲击的涂层。将其施镀在复合式c-BN刀片表面，一方面可以显著减少c-BN刀刃的抗月牙洼磨损；另一方面TiN涂层的颜色会帮助刀片磨损的观察；更为重要的一点是TiN本身就是c-BN刀刃焊接时一种常用的粘结剂，利用TiN涂层，更能增加刀片表面韧性，提高刀片的初始耐冲击性。但TiN涂层的结构特征对涂层的耐磨性以及其他机械性能有重要的影响。如美国专利US4226082和芬兰赫尔辛基理工大学Korhonen发现TiN涂层的织构特征对涂层的耐腐蚀行为有很大影响(CorrosionofthinhardPVDcoatings,Korhonen,Vacuum,45,1031～1034,1994)。且Korhonen指出涂层呈现(200)织构，一般涂层较为致密，涂层比较耐腐蚀。澳大利亚莱奥本矿业大学Mayrhofer通过改变基体的温度、N2分压，溅射能量以及离子与Ti原子的通量比来获得不同织构的TiN涂层，报道了织构对涂层力学性能的影响，发现涂层若呈现(200)取向都非常致密，但该涂层存在着较大的应力(InfluenceofdepositionconditionsontexturedevelopmentandmechanicalpropertiesofTiNcoatings,Mayrhofer,Geieretal,NationalJournalofMaterialsResearch,100,1052-1058,2009)。上述研究表明，当TIN涂层出现较强的(200)织构时涂层较为致密，相对具有较好的机械性能，但涂层也存在着较大的应力。应力大的涂层在后期使用过程中容易应力释放而出现剥落，进而影响刀具使用寿命。
技术实现思路
针对上述不足，本技术提供了一种刀具刀片，该刀片具有低应力的TiN涂层，将该涂层施镀在复合式c-BN刀片上，可以显著提高刀具的使用寿命和加工精度。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种刀具刀片，其特征是，该刀片为复合式c-BN刀片，由硬质合金刀体焊c-BN刀刃构成，所述复合式c-BN刀片上施镀有TiN涂层。利用X射线衍射仪测得TiN为面心立方晶体结构，在探测角2θ＝30°～80°范围内测量只出现TiN(111)衍射峰和TiN(200)衍射峰，在36.8°处出现TiN(111)衍射峰，42.8°处出现TiN(200)衍射峰；测量TiN(200)衍射峰强度I(200)与TiN(111)衍射峰强度I(111)之间的关系K在0.8～1之间，I(200)I(200)+I(111)=K]]>测量TiN(111)衍射峰的半高宽宽度为0.25°～0.28°，TiN(200)衍射峰的半高宽宽度为0.28°～0.31°。所述TiN涂层的晶粒大小为27～35nm。所述TiN涂层的厚度为0.4μm～1.5μm。所述TiN涂层的密度为4.5～5.3g/cm3，进一步优选为5.1～5.3g/cm3。所述硬质合金刀体与c-BN刀刃之间焊接时，利用TiN或TiCN陶瓷做粘结剂。所述TiN涂层与c-BN复合式刀片之间的结合力大于60N，涂层硬度为28GPa。采用磁控溅射法在复合式c-BN刀片上制备TiN涂层，温度小于200℃。作为优选，利用残余应力仪测得TiN涂层的压应力为-0.92GPa～-1.58GPa。本技术采用射频辅助直流的电源设备，并通过调节N2与Ar气的比例以及电源参数，使得除等离子羽辉自身对氮化硼刀片基体的加热外(＜200℃)，无需额外加热，在复合式c-BN刀片上制备出上述结构的TiN涂层。该刀具刀片的制备方法，包括在硬质合金刀体焊c-BN刀刃制成复合式c-BN刀片，其特征是，还包括以下步骤：1)清洗复合式c-BN刀片；2)安装靶材和刀片：以Ti靶材为溅射靶材，将溅射靶材连接至与射频电源叠加的直流电源，复合式c-BN刀片安装在真空室中可旋转的样品台上；3)靶材预溅射：将背底真空抽至2.0×10-3Pa以下，再充入氩气，并调节靶电源功率为200W，然后开启电源，预先溅射靶材10～30min；4)沉积TiN涂层：当背底真空低于2.0×10-5Pa时，充入高纯氩气和氮气，两者的流量比Ar:N2为1～3，并保持气压为0.3～0.7Pa；设置射频电源的频率为30～100MHz，同时设置射频电源功率PRF为200～500W、直流电源功率PDC为200～350W，并调节fRF为0.4～0.6，fRF＝PRF/(PDC+PRF)；再开启电源，在复合式c-BN刀片上低温制备出高结合力的TiN涂层，低温为小于200℃的温度，最终制得该刀具刀片。步骤1)中，所述复合c-BN刀片清洗方式为化学清洗和等离子体辉光刻蚀清洗。所述化学清洗具体为：将复合式c-BN刀片依次放入丙酮、酒精中，分别超声波清洗10～20min，然后在温度为80～100℃的干燥箱里鼓风干燥1～2h，或在上述干燥箱里采用纯度为99.99％的高纯N2吹干。所述等离子体辉光刻蚀清洗具体为：将化学清洗后的复合式c-BN刀片安装在真空腔中可旋转的样品台上，利用氩气产生的等离子体对基片刻蚀5～20min，使得刀片表面附着的水分子、气体分子或者微尘颗粒被完全轰击掉，提高刀片表面与沉积原子之间的亲和力。步骤2)中，所述的Ti溅射靶材纯度大于99.995％，Ti靶材为圆形，直径为101mm，厚度为4～5mm。步骤3)中，充入氩气调节气压为0.3～0.7Pa，电源为直流电源。步骤4)中，当背底真空低于2.0×10-5Pa，能够减少沉积过程中气体分子进入涂层中成为杂质，提高本技术沉积得到的TiN涂层的纯度和质量。作为优选，步骤4)中，所述高纯氩气和氮气的纯度均大于99.99％，射频电源频率优选为31MHz～81MHz。本技术利用磁控溅射法低温制备具有高结合力和低应力的TiN涂层，采用射频电源辅助直流电源的方式沉积TiN涂层，设置射频电源功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刀具刀片，其特征是，该刀片为复合式c‑BN刀片，由硬质合金刀体焊c‑BN刀刃构成，所述复合式c‑BN刀片上施镀有TiN涂层。

【技术特征摘要】
1.一种刀具刀片，其特征是，该刀片为复合式c-BN刀片，由硬质合金刀体焊c-BN刀刃构成，所述复合式c-BN刀片上施镀有TiN涂层。
2.根据权利要求1所述的一种刀具刀片，其特征是，所述TiN涂层的晶粒大小为27～35nm。
3.根据权利要求1所述的一种刀具刀片，其特征是，所述TiN涂层的厚度在0.4μm～1.5μm。
4.根据权利要求1所述的一种刀具刀片，其特征是，所述TiN涂层的密度为4.5～5.3g/cm3。
5.根据权利要求4所述的一种刀具刀片，其特征是，所述TiN涂层的密度为5.1～5.3g\...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄峰，徐枫亭，简伟，
申请(专利权)人：江苏切剀刀具有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32