一种陶瓷刀具的表面改性方法
【专利摘要】本发明涉及一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技术对清洗过的刀具进行表面改性；所述注入的离子为钛、锆、铬、钼或钨中的任意3种、4种或5种。离子注入改性后，陶瓷刀具的力学性能显著改善，寿命增强，适用于高硬高强材料的机械加工。
【专利说明】 一种陶瓷刀具的表面改性方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷刀具的表面改性方法，具体涉及一种陶瓷刀具的MEVVA离子注入表面改性法，属于陶瓷刀具的制备及机械加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前常用的金属切削刀具表面改性工艺有物理气相淀积(PVD)和化学气相淀积(CVD)0其中，CVD法常用在耐高温刀具基体(如硬质合金刀具)上淀积薄膜，因为CVD工艺需要在高温(750?10(TC)下进行，只有使用特殊前躯体才能降低反应温度，因此能耗高、环境污染严重。与CVD法相比，PVD法对环境友好，适合淀积三元和多元亚稳定薄膜。淀积温度低(180?500°C )，不会降低基体硬度，常用作导电性良好的金属类刀具的表面改性。但是仍然存在薄膜与基体结合力不够理想以及淀积速率太低的问题。
[0003]陶瓷具有高硬度和高温强度、抗蠕变、高抗氧化性能和高温化学稳定的优点，但其化学键局限，制备过程中容易出现微裂纹和缺陷，使表面表现断裂敏感性，表现出低韧性、抗拉伸强度、低抗弯强度等缺点，材料可靠性和重现性差，磨损系数较高、磨损行为欠佳、抗热震性能不足。同时，对于陶瓷刀具来说，由于大多数陶瓷刀具自身的非导电性，作为PVD工艺的沉积基体，难于施加负偏压，因此PVD法对陶瓷刀具(尤其是非导电或者弱导电陶瓷刀具)基本上不可行。
[0004]本发明的目的旨在提供一种能够改善陶瓷刀具的韧性低、耐磨性差的表面改性方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法能够提高陶瓷刀具的韧性和耐磨性，增强膜基粘结能力。
[0006]本发明通过选择合适的注入金属离子，优化注入工艺和最佳的注入剂量，对陶瓷刀具表面进行改性，减少以至消除陶瓷刀具表面在加工工艺过程中形成的微裂纹和缺陷，改善陶瓷刀具的表面状态，提高陶瓷刀具材料的表面硬度，增强陶瓷刀具材料的断裂韧性，抗弯强度以及高温力学性能等，从而提高陶瓷刀具的切削能力。
[0007]本发明是通过如下技术方案实现的:
[0008]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技术对清洗过的刀具进行表面改性；所述注入的离子为钛、锆、铬、钥或钨中的任意3种、4种或5种。
[0009]离子注入为一种载能粒子技术，既不需要使用有机前躯体和高温，也不需要在改性基体上施加负偏压。离子注入能将所需元素离子在几十至几百千伏电压下注入到陶瓷材料表面，在零点儿微米的表层中增加注入元素浓度，通过非平衡态材料辐照损伤和化学效应等途径使陶瓷组成和微观结构以一种可控方式改变。离子注入能够强烈地影响离子注入后的陶瓷表面力学性能，是陶瓷材料增韧、提高耐磨性、增强膜基粘结能力以及其他特殊表面特性的重要途径之一。
[0010]通过MEVVA注入技术，陶瓷刀具因机加工等原因导致的表面缺陷得到修复和缝合。改性后的刀具具有光滑的表面，对减少刀具表面微裂纹扩展、降低摩擦磨损及摩擦系数、提高刀具切削精度、延长刀具切削寿命都非常有利。
[0011]优选地，所述注入的离子为钛、锆和铬。
[0012]优选地，所述MEVVA的离子注入剂量为(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，优选(0.5 ?32)X 10171ns/cm2 ；进一步优选(2 ?15) X 10171ns/cm2。
[0013]选择钛、锆和铬作为注入金属元素注入陶瓷后，能够形成高硬度、高模量以及高韧性的化合物。典型但非限制性的所述金属元素的注入剂量可以为:0.5X1017的钛、IXlO17的锆、2X 117的铬、5X 117的钥和/或1X 117的钨等。
[0014]优选地，所述MEVVA 的加速电压为 30 ?70kV，例如 32kV、37kV、44kV、48kV、51kV、56kV、60kV、62kV、65kV、68kV 等，优选 50 ?60kV。
[0015]优选地，所述MEVVA的平均离子流强度为2?4mA，例如2.2mA,2.8mA,3.2mA、
3.6mA,3.7mA3.9mA 等，优选 2.5 ?3.5mA。
[0016]优选地，所述MEVVA 的基底真空为 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，优选 4X l(T4Pa。
[0017]优选地，注入离子在陶瓷中的深度分布为50?300nm,例如52nm、57nm、61nm、64nm、69nm、73nm、78nm、95nm、105nm、126nm、152nm、179nm、186nm、206nm、247nm、252nm、280nm、296nm 等，优选 100 ?200nm。
[0018]优选地，所述陶瓷刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具。
[0019]优选地，所述陶瓷刀具在进行离子注入前，先依次进行抛光、研磨、清洗步骤。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0021]离子注入改性后，陶瓷刀具的力学性能显著改善，寿命增强，适用于高硬高强材料的机械加工。
【具体实施方式】
[0022]为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下:
[0023]下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明:
[0024]实施例1
[0025]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技术对清洗过的刀具(所述刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具)进行表面改性；所述注入的离子为0.6X 10171ns/cm2 的钦、5X 10171ns/cm2 的错、3X 10171ns/cm2 的络、9X 10171ns/cm2 的钥和/或8X 10171nS/cm2的钨；MEVVA的加速电压为70kV ;平均离子流强度为2mA ;所述MEVVA的基底真空为8 X KT4Pa ；
[0026]MEVVA离子注入后，陶瓷刀具的离子注入深度为300nm。
[0027]实施例2
[0028]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技术对清洗过的刀具(所述刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具)进行表面改性；所述注入的离子为0.3X 10171ns/cm2 的钛、2X 10171ns/cm2 的锆、7X 10171ns/cm2 的铬；MEVVA 的加速电压为30kV ;平均离子流强度为4mA ;所述MEVVA的基底真空为3 X KT4Pa ；
[0029]MEVVA离子注入后，陶瓷刀具的离子注入深度为lOOnm。
[0030]实施例3
[0031]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用MEVVA注入技术对清洗过的刀具(所述刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具)进行表面改性；所述注入的离子为 0.lX10171ns/cm2 的钛、4X 10171ns/cm2 的锆、8X 10171ns/cm2 的铬、4X 10171ns/cm2的钥；MEVVA的加速电压为50kV ;平均离子流强度为3mA ;所述MEVVA的基底真空为4 X KT4Pa ；
[0032]MEVVA离子注入后，陶瓷刀具的离子注入深度为50nm。
[0033]应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
[0034] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1.一种陶瓷刀具的表面改性方法，其特征在于，所述方法采用MEVVA注入技术对清洗过的刀具进行表面改性；所述注入的离子为钛、锆、铬、钥或钨中的任意3种、4种或5种。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入的离子为钛、锆和铬。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的加速电压为30?70kV，优选50?60kV。
4.如权利要求1?3之一所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的平均离子流强度为2 ?4mA ,优选 2.5 ?3.5mA。
5.如权利要求1?4之一所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的基底真空为3?8\101^，优选4父101^。
6.如权利要求1?5之一所述的方法，其特征在于，所述MEVVA的离子注入剂量为(0.5 ?50) X10171ns/cm2，优选(0.5 ?32) X 10171ns/cm2 ;进一步优选(2 ?15) X 10171ns/cm2。
7.如权利要求1?6之一所述的方法，其特征在于，注入离子在陶瓷中的深度分布为50 ?300nm,优选 100 ?200nm。
8.如权利要求1?7之一所述的方法，其特征在于，所述陶瓷刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具。
9.如权利要求1?8之一所述的方法，其特征在于，所述陶瓷刀具在进行离子注入前，先依次进行抛光、研磨、清洗步骤。
【文档编号】C04B41/80GK104276849SQ201310294952
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】李飞 申请人:无锡成博科技发展有限公司