一種陶瓷刀具的表面改性方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技術(shù)對清洗過的刀具進行表面改性；所述注入的離子為鈦、鋯、鉻、鉬或鎢中的任意3種、4種或5種。離子注入改性后，陶瓷刀具的力學性能顯著改善，壽命增強，適用于高硬高強材料的機械加工。
【專利說明】 一種陶瓷刀具的表面改性方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷刀具的表面改性方法，具體涉及一種陶瓷刀具的MEVVA離子注入表面改性法，屬于陶瓷刀具的制備及機械加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前常用的金屬切削刀具表面改性工藝有物理氣相淀積(PVD)和化學氣相淀積(CVD)0其中，CVD法常用在耐高溫刀具基體(如硬質(zhì)合金刀具)上淀積薄膜，因為CVD工藝需要在高溫(750?10(TC)下進行，只有使用特殊前軀體才能降低反應(yīng)溫度，因此能耗高、環(huán)境污染嚴重。與CVD法相比，PVD法對環(huán)境友好，適合淀積三元和多元亞穩(wěn)定薄膜。淀積溫度低(180?500°C )，不會降低基體硬度，常用作導電性良好的金屬類刀具的表面改性。但是仍然存在薄膜與基體結(jié)合力不夠理想以及淀積速率太低的問題。
[0003]陶瓷具有高硬度和高溫強度、抗蠕變、高抗氧化性能和高溫化學穩(wěn)定的優(yōu)點，但其化學鍵局限，制備過程中容易出現(xiàn)微裂紋和缺陷，使表面表現(xiàn)斷裂敏感性，表現(xiàn)出低韌性、抗拉伸強度、低抗彎強度等缺點，材料可靠性和重現(xiàn)性差，磨損系數(shù)較高、磨損行為欠佳、抗熱震性能不足。同時，對于陶瓷刀具來說，由于大多數(shù)陶瓷刀具自身的非導電性，作為PVD工藝的沉積基體，難于施加負偏壓，因此PVD法對陶瓷刀具(尤其是非導電或者弱導電陶瓷刀具)基本上不可行。
[0004]本發(fā)明的目的旨在提供一種能夠改善陶瓷刀具的韌性低、耐磨性差的表面改性方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法能夠提高陶瓷刀具的韌性和耐磨性，增強膜基粘結(jié)能力。
[0006]本發(fā)明通過選擇合適的注入金屬離子，優(yōu)化注入工藝和最佳的注入劑量，對陶瓷刀具表面進行改性，減少以至消除陶瓷刀具表面在加工工藝過程中形成的微裂紋和缺陷，改善陶瓷刀具的表面狀態(tài)，提高陶瓷刀具材料的表面硬度，增強陶瓷刀具材料的斷裂韌性，抗彎強度以及高溫力學性能等，從而提高陶瓷刀具的切削能力。
[0007]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技術(shù)對清洗過的刀具進行表面改性；所述注入的離子為鈦、鋯、鉻、鑰或鎢中的任意3種、4種或5種。
[0009]離子注入為一種載能粒子技術(shù)，既不需要使用有機前軀體和高溫，也不需要在改性基體上施加負偏壓。離子注入能將所需元素離子在幾十至幾百千伏電壓下注入到陶瓷材料表面，在零點兒微米的表層中增加注入元素濃度，通過非平衡態(tài)材料輻照損傷和化學效應(yīng)等途徑使陶瓷組成和微觀結(jié)構(gòu)以一種可控方式改變。離子注入能夠強烈地影響離子注入后的陶瓷表面力學性能，是陶瓷材料增韌、提高耐磨性、增強膜基粘結(jié)能力以及其他特殊表面特性的重要途徑之一。
[0010]通過MEVVA注入技術(shù)，陶瓷刀具因機加工等原因?qū)е碌谋砻嫒毕莸玫叫迯秃涂p合。改性后的刀具具有光滑的表面，對減少刀具表面微裂紋擴展、降低摩擦磨損及摩擦系數(shù)、提高刀具切削精度、延長刀具切削壽命都非常有利。
[0011]優(yōu)選地，所述注入的離子為鈦、鋯和鉻。
[0012]優(yōu)選地，所述MEVVA的離子注入劑量為(0.5?50) X 10171ns/cm2,例如0.7X 1171ns/cm2>4X 10171ns/cm2、9X 1171ns/cm2、13X 1171ns/cm2、19X 10171ns/cm2> 22 X 10171ns/cm2> 27 X 10171ns/cm2> 32 X 10171ns/cm2、38X 10171ns/cm2、42X 10171ns/cm2>46X 10171ns/cm2>49X 10171ns/cm2 等，優(yōu)選(0.5 ?32)X 10171ns/cm2 ；進一步優(yōu)選(2 ?15) X 10171ns/cm2。
[0013]選擇鈦、鋯和鉻作為注入金屬元素注入陶瓷后，能夠形成高硬度、高模量以及高韌性的化合物。典型但非限制性的所述金屬元素的注入劑量可以為:0.5X1017的鈦、IXlO17的鋯、2X 117的鉻、5X 117的鑰和/或1X 117的鎢等。
[0014]優(yōu)選地，所述MEVVA 的加速電壓為 30 ?70kV，例如 32kV、37kV、44kV、48kV、51kV、56kV、60kV、62kV、65kV、68kV 等，優(yōu)選 50 ?60kV。
[0015]優(yōu)選地，所述MEVVA的平均離子流強度為2?4mA，例如2.2mA,2.8mA,3.2mA、
3.6mA,3.7mA3.9mA 等，優(yōu)選 2.5 ?3.5mA。
[0016]優(yōu)選地，所述MEVVA 的基底真空為 3 ?8X l(T4Pa，例如 3.3X l(T4Pa、3.6X l(T4Pa、
3.9 X l(T4Pa、4.3 X l(T4Pa、4.7X l(T4Pa、5.2 X l(T4Pa、5.8 X l(T4Pa、6.4X l(T4Pa、6.9X 10_4Pa、7.2 X l(T4Pa、7.8 X KT4Pa 等，優(yōu)選 4X l(T4Pa。
[0017]優(yōu)選地，注入離子在陶瓷中的深度分布為50?300nm,例如52nm、57nm、61nm、64nm、69nm、73nm、78nm、95nm、105nm、126nm、152nm、179nm、186nm、206nm、247nm、252nm、280nm、296nm 等，優(yōu)選 100 ?200nm。
[0018]優(yōu)選地，所述陶瓷刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具。
[0019]優(yōu)選地，所述陶瓷刀具在進行離子注入前，先依次進行拋光、研磨、清洗步驟。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]離子注入改性后，陶瓷刀具的力學性能顯著改善，壽命增強，適用于高硬高強材料的機械加工。

【具體實施方式】
[0022]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實施例如下:
[0023]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明:
[0024]實施例1
[0025]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技術(shù)對清洗過的刀具(所述刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具)進行表面改性；所述注入的離子為0.6X 10171ns/cm2 的欽、5X 10171ns/cm2 的錯、3X 10171ns/cm2 的絡(luò)、9X 10171ns/cm2 的鑰和/或8X 10171nS/cm2的鎢；MEVVA的加速電壓為70kV ;平均離子流強度為2mA ;所述MEVVA的基底真空為8 X KT4Pa ；
[0026]MEVVA離子注入后，陶瓷刀具的離子注入深度為300nm。
[0027]實施例2
[0028]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技術(shù)對清洗過的刀具(所述刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具)進行表面改性；所述注入的離子為0.3X 10171ns/cm2 的鈦、2X 10171ns/cm2 的鋯、7X 10171ns/cm2 的鉻；MEVVA 的加速電壓為30kV ;平均離子流強度為4mA ;所述MEVVA的基底真空為3 X KT4Pa ；
[0029]MEVVA離子注入后，陶瓷刀具的離子注入深度為lOOnm。
[0030]實施例3
[0031]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技術(shù)對清洗過的刀具(所述刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具)進行表面改性；所述注入的離子為 0.lX10171ns/cm2 的鈦、4X 10171ns/cm2 的鋯、8X 10171ns/cm2 的鉻、4X 10171ns/cm2的鑰；MEVVA的加速電壓為50kV ;平均離子流強度為3mA ;所述MEVVA的基底真空為4 X KT4Pa ；
[0032]MEVVA離子注入后，陶瓷刀具的離子注入深度為50nm。
[0033]應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿毭枋龅谋景l(fā)明做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導的限制。
[0034] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷刀具的表面改性方法，其特征在于，所述方法采用MEVVA注入技術(shù)對清洗過的刀具進行表面改性；所述注入的離子為鈦、鋯、鉻、鑰或鎢中的任意3種、4種或5種。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入的離子為鈦、鋯和鉻。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的加速電壓為30?70kV，優(yōu)選50?60kV。
4.如權(quán)利要求1?3之一所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的平均離子流強度為2 ?4mA ,優(yōu)選 2.5 ?3.5mA。
5.如權(quán)利要求1?4之一所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的基底真空為3?8\101^，優(yōu)選4父101^。
6.如權(quán)利要求1?5之一所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的離子注入劑量為(0.5 ?50) X10171ns/cm2，優(yōu)選(0.5 ?32) X 10171ns/cm2 ;進一步優(yōu)選(2 ?15) X 10171ns/cm2。
7.如權(quán)利要求1?6之一所述的方法，其特征在于，注入離子在陶瓷中的深度分布為50 ?300nm,優(yōu)選 100 ?200nm。
8.如權(quán)利要求1?7之一所述的方法，其特征在于，所述陶瓷刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具。
9.如權(quán)利要求1?8之一所述的方法，其特征在于，所述陶瓷刀具在進行離子注入前，先依次進行拋光、研磨、清洗步驟。
【文檔編號】C04B41/80GK104276849SQ201310294952
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李飛 申請人:無錫成博科技發(fā)展有限公司