一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，其屬于機(jī)械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國航空航天制造業(yè)的快速發(fā)展，鈦合金的使用量逐年增加，故對鈦合金零部件的加工變得越來越重要。鈦合金作為典型的難加工材料，加工時刀-肩接觸長度小、刀-肩界面摩擦系數(shù)大、刀具粘結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損嚴(yán)重、切削溫度高。高速切削加工在一定程度上可改善鈦合金的切削加工性，降低鈦合金切削加工的難度，但高速切削加工也存在一些不足，如在高速切削加工時刀-肩界面潤滑狀態(tài)多為邊界潤滑狀態(tài)，此時刀具磨損依然嚴(yán)重，工件表面加工質(zhì)量差。因此迫切需要研究減緩刀具表面磨損的新技術(shù)，為刀具減摩降磨提供保障，從而提高刀具耐用度。

【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)的不足，提供一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，其包括如下步驟:
步驟一:通過激光加工技術(shù)在刀具表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；
步驟二:通過表面技術(shù)對微納復(fù)合結(jié)構(gòu)刀具表面進(jìn)行表面改性，形成具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的疏油刀具表面。
[0005]進(jìn)一步地，所述步驟一的第一種制備方法具體包括如下:
(1)清洗刀具表面，將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗15min以上；
(2)采用激光加工技術(shù)在刀具前刀面加工出微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中激光功率為5?10W，頻率為20?200kHz，掃描速度為I?2000mm/s，掃描次數(shù)為5?400次，離焦量為一 1.2?1.2mm;
(3)打磨刀具表面，所用金相砂紙目數(shù)為600?1200目，之后將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗20min以上。
[0006]進(jìn)一步地，所述步驟二具體包括如下:
(1)在室溫環(huán)境下對刀具表面進(jìn)行氟化處理，選用的氟化物為由氟硅烷類疏油劑和有機(jī)溶劑配制而成的混合液，其中疏油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%?1.5%;
(2)將刀具放入該混合液中反應(yīng)2h以上，之后取出并用高純氮氣進(jìn)行吹干，再將刀具放入烘箱中，烘干時間在Ih以上，溫度為90?250° C，以確保表面附有的有機(jī)物完全揮發(fā)。
[0007]進(jìn)一步地，具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的刀具表面微突起高度為I?ΙΟΟμπι，直徑為I?15μm，間距為I?30μηι，微突起上納米顆粒的直徑為300nm以下。
[0008]本發(fā)明具有如下有益效果:通過本發(fā)明制備方法制得的刀具表面具有微米級突起和納米級的顆粒，該微納復(fù)合結(jié)構(gòu)改變了刀具表面的幾何形貌并增大了刀具表面粗糙度，經(jīng)一定的表面處理后刀具表面具有疏油性。在潤滑條件下，由于刀具的疏油性將使切削液更快地聚集在刀-肩界面，有利于切削區(qū)域潤滑膜的形成，由此可改善切削區(qū)域的潤滑狀態(tài)，使切削區(qū)域潤滑狀態(tài)由邊界潤滑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w潤滑狀態(tài)，從而降低刀-肩界面的摩擦力，為刀具減摩降磨提供保障，減輕切肩粘結(jié)現(xiàn)象。該疏油刀具可廣泛應(yīng)用于難切削材料(如鈦合金、超高強(qiáng)度鋼、奧氏體不銹鋼等)的切削加工和高速切削加工，可極大地提高刀具耐用度和工件表面質(zhì)量，同時還可提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具制備過程示意圖；
圖2為本發(fā)明微納復(fù)合結(jié)構(gòu)局部示意圖。
【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明提供一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]下面通過實施例，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0012]請分別參照圖1和圖2所示，圖1為本發(fā)明具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具制備過程示意圖，采用激光加工和表面處理技術(shù)加工出具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具。在潤滑條件下，由于刀具表面的疏油性，切削液更快地聚集在刀-肩界面，有利于切削區(qū)域潤滑膜的形成，由此可改善切削區(qū)域的潤滑狀態(tài)。圖2為本發(fā)明微納復(fù)合結(jié)構(gòu)局部示意圖，刀具表面有微突起，其上有納米顆粒，由此構(gòu)成刀具表面微納復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具制備方法，包括如下步驟:
步驟一:通過激光加工技術(shù)在刀具表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；
步驟二:通過表面技術(shù)對微納復(fù)合結(jié)構(gòu)刀具表面進(jìn)行表面改性，形成具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的疏油刀具表面。在潤滑條件下，由于刀具的疏油性將使更多的切削液聚集在刀-肩界面，有利于切削區(qū)域潤滑膜的形成，由此可改善切削區(qū)域的潤滑狀態(tài)，使切削區(qū)域潤滑狀態(tài)由邊界潤滑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w潤滑狀態(tài)，從而降低刀-肩界面的摩擦力，為刀具減摩降磨提供保障，減輕切肩粘結(jié)現(xiàn)象。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下方式得到具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具，首先通過激光加工技術(shù)在刀具表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后通過表面技術(shù)對具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的刀具表面進(jìn)行表面改性，形成具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的疏油刀具表面。
[0014]其中步驟一具體如下:
(I)清洗刀具表面，將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗15min以上。
[0015](2)采用激光加工技術(shù)在刀具前刀面加工出微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中激光功率為5?10W，頻率為20?200kHz，掃描速度為I?2000mm/s，掃描次數(shù)為5?400次，離焦量為一 1.2?1.2mm ο
[0016](3)打磨刀具表面，所用金相砂紙目數(shù)為600?1200目，之后將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗20min以上。
[0017]其中步驟二具體如下: (I)在室溫環(huán)境下對刀具表面進(jìn)行氟化處理，選用的氟化物為由氟硅烷類疏油劑和有機(jī)溶劑配制而成的混合液，其中疏油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%?1.5%。
[0018](2)將刀具放入該混合液中反應(yīng)2h以上，之后取出并用高純氮氣進(jìn)行吹干，再將刀具放入烘箱中，烘干時間在Ih以上，溫度為90?250° C，以確保表面附有的有機(jī)物完全揮發(fā)。
[0019]下面通過一個具體的實施例來說明本發(fā)明一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法。
[0020]所用刀具為硬質(zhì)合金YG8刀具，步驟一:采用激光加工技術(shù)在刀具表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu);步驟二:通過表面技術(shù)對具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的刀具表面進(jìn)行表面改性，形成具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的疏油刀具表面。其中步驟一具體如下:
(I)清洗刀具表面，將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗15min。
[0021](2)用YLP-F20光纖激光器在刀具前刀面加工出微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中激光功率為5W或1W，頻率為60kHz，最高不超過200 kHz，掃描速度為100mm/s，最快不超過2000mm/s，掃描次數(shù)為50次，離焦量為一 0.4mm。
[0022](3)打磨刀具表面，所用金相砂紙目數(shù)為800目，之后將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗20min。
[0023]其中步驟二具體如下:
(I)在室溫環(huán)境下對刀具表面進(jìn)行氟化處理，選用的氟化疏油劑為PFPE(思康化學(xué)，F(xiàn)-1091)，溶劑為全氟丁基環(huán)醚(思康化學(xué)，F(xiàn)-8603)，配制成該疏油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的混合液。
[0024](2)將刀具放入該混合液中反應(yīng)24h，之后取出并用高純氮氣進(jìn)行吹干，再將刀具放入烘箱中，烘干時間為3h，溫度為200° C，該溫度可根據(jù)實際情況調(diào)整，一般在90?250° C，以確保表面附有的疏油劑完全揮發(fā)。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:通過激光加工技術(shù)在刀具表面制備微納復(fù)合結(jié)構(gòu)； 步驟二:通過表面技術(shù)對微納復(fù)合結(jié)構(gòu)刀具表面進(jìn)行表面改性，形成具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的疏油刀具表面。2.如權(quán)利要求1所述的具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，其特征在于: 所述步驟一具體包括如下: 步驟1.1，清洗刀具表面，將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗15min以上； 步驟1.2，采用激光加工技術(shù)在刀具前刀面加工出微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中激光功率為5?10W，頻率為20?200kHz，掃描速度為I?2000mm/s，掃描次數(shù)為5?400次，離焦量為一 1.2?1.2mm； 步驟1.3，打磨刀具表面，所用金相砂紙目數(shù)為600?1200目，之后將刀具分別放在丙酮和乙醇中超聲清洗20min以上。3.如權(quán)利要求2所述的具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，其特征在于: 所述步驟二具體包括如下: 步驟2.1，在室溫環(huán)境下對刀具表面進(jìn)行氟化處理，選用的氟化物為由氟硅烷類疏油劑和有機(jī)溶劑配制而成的混合液，其中疏油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%?1.5%; 步驟2.2，將刀具放入該混合液中反應(yīng)2h以上，之后取出并用高純氮氣進(jìn)行吹干，再將刀具放入烘箱中，烘干時間在Ih以上，溫度為90?250° C，以確保表面附有的有機(jī)物完全揮發(fā)。4.如權(quán)利要求2所述的具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，其特征在于:所述刀具表面的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)為經(jīng)激光加工后刀具表面形成的微米級突起和微米突起上的納米顆粒。5.如權(quán)利要求4所述的具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，其特征在于:刀具表面微米級突起高度為I?ΙΟΟμπι，直徑為I?15μηι，間距為I?30μηι，微米級突起上納米顆粒的直徑為300nm以下。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的疏油刀具的制備方法，屬于機(jī)械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域；采用激光加工技術(shù)，可在刀具表面加工出微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述微納復(fù)合結(jié)構(gòu)為激光加工刀具表面形成的微米級的突起和微米突起上的納米顆粒，再經(jīng)過一定的表面處理形成具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的疏油刀具表面。在潤滑條件下，由于刀具表面的疏油性，切削液將更快地供應(yīng)至刀-屑界面，由此可改善切削區(qū)域的潤滑狀態(tài)，從而降低刀-屑界面的摩擦力，為刀具減摩降磨提供保障，同時還可降低切削溫度并減輕刀具表面的粘結(jié)現(xiàn)象；該疏油刀具可廣泛應(yīng)用于難切削材料（如鈦合金、超高強(qiáng)度鋼、奧氏體不銹鋼等）的切削加工和高速切削加工，可極大地提高刀具耐用度和工件表面質(zhì)量。
【IPC分類】B23P15/28
【公開號】CN105619041
【申請?zhí)枴緾N201610110416
【發(fā)明人】郝秀清, 李亮, 宋曉路, 何寧
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月29日