专利名称：一种镀制硬质涂层的枞树型高速钢铣刀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高速钢铣刀，特别是涉及一种表面涂制TiN/TiAlN纳米复合 多层涂层的揪树型高速钢铣刀。
背景技术：
我国大型火力电厂的单机容量已从300丽发展到亚临界600丽等级，目前正在向 超临界IOOO丽等级大型汽轮发电机组发展。轮槽的加工是转子加工中最为关键、最为困难 的环节。对于成形铣削加工的实际操作而言，应当确保刀具精度，同时还希望刀具具有尽可 能长的切削寿命和多的修磨次数，以降低刀具成本。因此刀具表面镀层的性能对刀具的寿 命及加工质量具有较大影响。目前汽轮机加工工具主要依赖进口。国外能够达到刀具精度 要求并提供枞树型铣刀的企业主要是OSG、SACCKE、FRANCE等公司。进口刀具的涂层主要是 TiCN系列涂层，如日本SG型揪树型高速钢铣刀，带有TiN/TiCN/Ti的纳米复合多层结构涂 层。刀具使用后必须重新修磨、涂制硬质涂层，而且TiCN涂层的硬度和抗高温氧化性能有 待进一步加强，以适应缺少冷却或不能充分冷却的加工过程中，刀具在高温下继续保持耐 磨性的要求。
发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供加工效率高、使用寿命长、可以 在更宽温度范围内使用、适宜在冷却不理想的工作环境中应用的镀制硬质涂层的枞树型高 速钢铣刀。 本实用新型采用含两种以上等离子体源的物理气相沉积技术在揪树型铣刀表面 涂制TiN/TiAlN纳米复合多层硬质涂层，提高这种刀具的加工效率和使用寿命，尤其是提 高其抗高温氧化性能。 本实用新型的目的通过如下技术方案实现 —种镀制硬质涂层的揪树型高速钢铣刀，包括揪树型高速钢铣刀基体，过渡层TiN 纳米多层及外层TiAlN纳米多层，形成表面涂制了 TiN/TiAlN纳米复合多层硬质涂层的 揪树型高速钢铣刀。所述TiN纳米多层厚度为200-1000nm;所述TiAlN纳米多层厚度为 1-4 ii m ;过渡层TiN同基体管道加工用螺纹梳刀基体紧密结合。 TiN纳米多层和TiAlN纳米多层厚度之和优选为1. 2_5 ii m。 本实用新型是在揪树型铣刀表面涂制了 TiN/TiAlN纳米复合多层硬质涂层。采用 空心阴极直流等离子体弧(HCD)和阴极多弧离子镀结合。工件台可以实现公自转控制。采 用纯钛和Ti4。Al6。合金作为靶材，Ar及N2作为工作气体。 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果 本实用新型的TiN过渡层厚度为200-1000nm，为纳米多层结构；TiAlN层厚度为 l-4ym，为纳米多层结构。涂层同基体结合力超过55N。在相同铣削条件，同未涂层高速 钢揪树型铣刀的寿命比较，本发明涂层高速钢揪树型铣刀的寿命超过2倍以上。目前广泛采用的TiCN系涂层受到涂层自身抗氧化能力不足和硬度较低的限制，使用温度不能超过 500°C。 一旦切削加工过程冷却不足，摩擦产生的热量将导致工具表面温度急剧升高，严重 影响工具的切削性能，加快涂层的磨损速率。TiAlN涂层耐高温温度超过80(TC，即使出现 冷却不足的情况，涂层仍然能够保持极高的硬度，因此磨损较TiCN涂层轻微。
图1为涂层高速钢揪树型铣刀结构示意图。 图2为本使用新型实例表面涂层结构的剖面示意图。
具体实施方式为了更好地理解本实用新型，
以下结合附图和实施例作进一步地描述。 如图1所示，一种镀制硬质涂层的揪树型高速钢铣刀由揪树型高速钢铣刀基体2 和硬质涂层1组成，硬质涂层1与揪树型高速钢铣刀基体2紧密结合。具体结构如图2所 示，镀制硬质涂层的揪树型高速钢铣刀包括揪树型高速钢铣刀基体2，过渡层TiN纳米多层 1-2及外层TiAlN纳米多层l-l，形成表面涂制了 TiN/TiAlN纳米复合多层硬质涂层的揪树 型高速钢铣刀。TiN纳米多层1-2厚度为200-1000nm ;TiAlN纳米多层1-1厚度为1-4 y m ; 过渡层TiN同基体揪树型铣刀高速钢基体紧密结合。纳米复合多层硬质涂层同揪树型高速 钢铣刀基体2结合力超过55N，纳米复合多层硬质涂层的维氏硬度超过HV3200。 镀制硬质涂层的揪树型高速钢铣刀的制备包括如下步骤和工艺条件 (1)铣刀预处理将铣刀置于"强力"牌碱性金属清洗液煮沸120分钟表面除油； 室温下将铣刀置于盛有碱性金属清洗液的超声清洗机(频率40kHz)中超声处理5分钟；将 清洗后的铣刀放入纯乙醇溶液脱水处理后置于12(TC的烘箱中干燥60分钟； (2)铣刀预加热将经过预处理的铣刀装入Balzers公司生产的BD 802 088BE真 空镀膜炉中，调整工件台公转转速为6转/分钟。抽真空达到5x10—3Pa后，通入Ar气，维持 真空度为2. 3x10—屮a，启动HCD电子枪及炉体内加热装置；控制HCD电子枪电流在130A ;HCD 源的直流等离子体电弧直接照射铣刀表面，20分钟后真空室温度130°C。 (3)铣刀表面清洗刻蚀继续保持镀膜炉真空室内压力为2. 3x10—屮a、 HCD电子枪 电流为130A。按照以下顺序依次开动一定数量阴极多弧钛靶，靶电流80A，并对工件施加偏 压先启动2个阴极多弧钛靶，对工件施加700V脉冲偏压，施加5分钟后关闭；其后启动2 个阴极多弧钛靶，对工件施加600V脉冲偏压，施加12分钟后关闭；再启动3个阴极多弧钛 靶，对工件施加400V脉冲偏压，施加30分钟后关闭。清洗结束真空室内温度198°C。 (4)过渡层TiN纳米多层1-2制备关闭步骤(3)开动的阴极多弧钛靶，保持步骤 (3)中Ar气通入量，调节N2气通入量使镀膜炉真空室压力增加到2. 8x10—屮a ;聚焦HCD电 子枪直流电弧于坩埚，蒸发坩锅中纯钛5分钟后关闭HCD电子枪、Ar气源；调节N^流量，保 持真空压力为1.0Pa，按照以下顺序依次启动阴极多弧钛靶，靶电流为80A，并对工件施加 偏压先启动2个阴极多弧钛靶，对工件施加300V脉冲偏压，施加5分钟后关闭；随后启动 3个阴极多弧钛靶，对工件施加200V脉冲偏压，施加5分钟后关闭；再启动3个阴极多弧钛 耙，对工件施加150V脉冲偏压，施加IO分钟后关闭。 (5)外层TiAlN纳米多层1-1制备本步骤使用阴极多弧TiAl合金靶的成分为Ti4。Al6。。调节N2的流量保持真空室内总压力为3. 0x10—屮a。首先启动2个阴极多弧TiAl 合金靶，对工件施加200V脉冲偏压，施加20分钟后关闭；然后启动3个阴极多弧TiAl合金 靶，对工件施加120V脉冲偏压，施加20分钟后关闭；再启动3个阴极多弧TiAl合金靶，对 工件施加80V脉冲偏压，施加20分钟后关闭。阴极多弧TiAl合金靶电流为81A。 制备的TiN/TiAlN纳米复合多层硬质涂层为黑色，球磨痕迹测试涂层的总厚度为 3. 1 m。同时放入的同材质高速钢基片涂层硬度经纤维硬度仪测试为HV3230 ;声发射划痕 仪测试涂层结合力63N。经检测，在相同转速和润滑条件下加工。OSG铣刀(O40)新刀平 均加工5-7根槽；修磨后未镀膜加工小于3根槽；而修磨后采用本发明镀制的膜层可加6根 槽。
权利要求一种镀制硬质涂层的枞树型高速钢铣刀，其特征在于包括枞树型高速钢铣刀基体，过渡层TiN纳米多层及外层TiAlN纳米多层，形成表面涂制了TiN/TiAlN纳米复合多层硬质涂层的枞树型高速钢铣刀,所述TiN纳米多层厚度为200-1000nm；所述TiAlN纳米多层厚度为1-4μm；过渡层TiN同基体管道加工用螺纹梳刀基体紧密结合。
2. 根据权利要求l所述的镀制硬质涂层的揪树型高速钢铣刀，其特征在于TiN纳米多 层和TiAlN纳米多层厚度之和为1. 2-5 ii m。
专利摘要本实用新型公开了一种镀制硬质涂层的枞树型高速钢铣刀，包括枞树型高速钢铣刀基体，过渡层TiN纳米多层及外层TiAlN纳米多层，形成表面涂制了TiN/TiAlN纳米复合多层硬质涂层的枞树型高速钢铣刀。所述TiN纳米多层厚度为200-1000nm；所述TiAlN纳米多层厚度为1-4μm；过渡层TiN同基体管道加工用螺纹梳刀基体紧密结合。涂层制备方法采用空心阴极直流等离子弧同空心阴极多弧离子镀结合。本实用新型采用TiN作为过渡层，提高了整个涂层同基体的结合强度，有利于充分发挥TiAlN层的高硬度和高温稳定性。对比试验表明，本实用新型的涂层枞树型铣刀大大提高了刀具的使用寿命。
文档编号B23C5/00GK201519789SQ20092023822
公开日2010年7月7日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者彭继华 申请人:华南理工大学