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)

本發(fā)明專利技術(shù)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。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)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，其屬于機械切削刀具制造

技術(shù)介紹
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-屑接觸長度小、刀-屑界面摩擦系數(shù)大、刀具粘結(jié)磨損和擴散磨損嚴重、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-屑界面潤滑狀態(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。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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。進一步地，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1～2000mm/s，掃描次數(shù)為5～400次，離焦量為－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。進一步地，所述步驟二具體包括如下：（1）在室溫環(huán)境下對刀具表面進行氟化處理，選用的氟化物為由氟硅烷類疏油劑和有機溶劑配制而成的混合液，其中疏油劑質(zhì)量分數(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行吹干，再將刀具放入烘箱中，烘干時間在1h以上，溫度為90～250°C，以確保表面附有的有機物完全揮發(fā)。進一步地，具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的刀具表面微突起高度為1～100μm，直徑為1～15μm，間距為1～30μm，微突起上納米顆粒的直徑為300nm以下。本專利技術(shù)具有如下有益效果：通過本專利技術(shù)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-屑界面，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-屑界面的摩擦力，為刀具減摩降磨提供保障，減輕切屑粘結(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。附圖說明圖1為本專利技術(shù)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為本專利技術(shù)微納復(fù)合結(jié)構(gòu)局部示意圖。具體實施方式本專利技術(shù)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，為使本專利技術(shù)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專利技術(shù)進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。下面通過實施例，結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案作進一步的說明。請分別參照圖1和圖2所示，圖1為本專利技術(shù)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-屑界面，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為本專利技術(shù)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)。本專利技術(shù)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-屑界面，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-屑界面的摩擦力，為刀具減摩降磨提供保障，減輕切屑粘結(jié)現(xiàn)象。為達到上述目的，本專利技術(shù)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：（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1～2000mm/s，掃描次數(shù)為5～400次，離焦量為－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。其中步驟二具體如下：（1）在室溫環(huán)境下對刀具表面進行氟化處理，選用的氟化物為由氟硅烷類疏油劑和有機溶劑配制而成的混合液，其中疏油劑質(zhì)量分數(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行吹干，再將刀具放入烘箱中，烘干時間在1h以上，溫度為90～250°C，以確保表面附有的有機物完全揮發(fā)。下面通過一個具體的實施例來說明本專利技術(shù)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。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：（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。（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10W，頻率為60kHz，最高不超過200kHz，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－0.4mm。（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。其中步驟二具體如下：（1）在室溫環(huán)境下對刀具表面進行氟化處理，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)量分數(shù)為1%的混合液。（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，以確保表面附有本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
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。

【技術(shù)特征摘要】
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1～2000mm/s，掃描次數(shù)為5～400次，離焦量為－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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郝秀清，李亮，宋曉路，何寧，
申請(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32