涂覆纳米多层涂层的插齿刀的制作方法

本实用新型涉及一种机加工刀具，尤其涉及一种高硬度和高抗氧化性的插齿刀。

背景技术：

插齿刀，是一种齿轮形或齿条形齿轮加工刀具，用于按展成法加工内、外啮合的直齿和斜齿圆柱齿轮。其特点是可以加工带台肩齿轮、多联齿轮和无空刀槽人字齿轮等。

插齿刀作为在生产过程中经常使用的工具，有许多缺点，让人们在使用的过程中感觉到不方便，比如刀头是使用过程中磨损最大的部分，所以经常要更换刀头或使用硬度更强的金属来做为刀头的材料，这样无形中增加了成本，并且即使经过改进，这样的刀头使用寿命并没有得到大幅度的提高。

从提高刀体工作可靠性、使用寿命等方面考虑，用于高速切削或者高温条件下切削的插齿刀刀体应选用具有高比刚度、比强度且耐高温氧化的材料，即在保证具有足够的刚度和强度前提下，刀体表面应具有足够的硬度、耐磨性和抗高温氧化性。如果能够在不大幅增加成本的情况下使该结构的插齿刀使用寿命得到大幅的提高，将会对插齿刀的使用者带来许多便利。

随着金属切削技术不断向高速度、高精度方向的发展以及干切削技术的推广，对切削刀具涂层的性能提出了越来越高的要求：即要求具备高硬度、高弹性模量、低摩擦系数等优良力学性能和良好的抗高温氧化性能，因而在切削刀具的基体上涂覆性能优良的涂层成为常用的改良切削刀具性能的方法。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是，提供一种涂覆纳米多层涂层的插齿刀，该插齿刀具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的抗高温氧化性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是： 一种涂覆纳米多层涂层的插齿刀，包括刀头部和刀杆部，所述刀头部和刀杆部为一体式结构，所述刀头部的外表面上涂有CrAlN/ZrO₂纳米涂层，所述CrAlN/ZrO₂纳米涂层总厚度约为2.0～4.0μm。

所述CrAlN/ZrO₂纳米涂层中的每一CrAlN层的厚度为5.0nm，每一ZrO₂层的厚度为0.4～1.4nm。

所述ZrO₂层厚度小于1.0nm时，ZrO₂层为面心立方结构。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的高硬度和高抗氧化性的插齿刀，具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的抗高温氧化性能。CrAlN/ZrO₂多层涂层最高硬度可达47.2GPa，即使在空气中加热到1000℃保温30min，其硬度仍可保持36.8GPa。

涂层采用反应磁控溅射制备工艺，具有制备工艺简单、沉积速度快、生产效率高、能耗低、生产成本低的优点。无任何有害成分，安全环保。

附图说明

图1 是本实用新型的涂覆纳米多层涂层的插齿刀的结构示意图；

图2 是刀头部外表面的涂层结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确。

如图1，2所示，一种高硬度高抗氧化性插齿刀，包括:刀头部1和刀杆部2，所述刀头部1和刀杆部2为一体式结构,刀头部1的外表面上设有CrAlN/ZrO₂纳米涂层3，CrAlN/ZrO₂纳米涂层3总厚度约为2.0～4.0μm。

CrAlN/ZrO₂纳米涂层3中的每一个CrAlN层4的厚度为5.0nm，每一个ZrO₂层5的厚度为0.4～1.4nm。 当ZrO₂层5厚度小于1.0nm时，ZrO₂层5为面心立方结构。

该涂层在多靶磁控溅射仪上采用反应溅射法进行制备，其方法步骤如下：

（1）清洗基体

首先将经打磨抛光处理后的基体送入超声波清洗机，在分析纯的无水酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波进行清洗5～10min；

然后进行离子清洗，即将基体装进真空室，抽真空到6×10^-4Pa后通入Ar气，维持真空度在2-4Pa，用中频对基体进行为时30min的离子轰击，功率为80-100W。

（2）交替溅射CrAlN层和ZrO₂层

将步骤（1）经离子清洗后的基体置入多靶磁控溅射仪，并使基体交替停留在CrAl合金靶和ZrO₂靶之前，通过溅射获得由多个CrAlN层和ZrO₂层交替叠加的纳米量级多层涂层，过程中调整靶功率和沉积时间以控制每一涂层的厚度，最终得本实用新型的高硬度高抗氧化性CrAlN/ZrO₂纳米涂层。

上述所得的具有高硬度和高抗氧化性的CrAlN/ZrO₂纳米涂层经纳米压痕仪检测，硬度为47.2GPa，在空气中加热到1000℃保温30min后硬度为36.8GPa。

本实用新型高硬度高抗氧化性插齿刀，具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的抗高温氧化性能。