本實用新型屬于機械加工技術領域，尤其涉及一種環狀微織構金剛石涂層刀片結構。

背景技術：

金屬切削加工過程中,刀片與工件,切屑之間的劇烈摩擦及其與切削熱的共同作用將引起刀片磨損并降低加工質量.特別是難加工材料,如鈦合金、超高強度鋼等.研究表明,刀片表面織構對于刀片-工件接觸面摩擦、磨損及潤滑和加工表面質量有著十分重要的影響.

刀片表面織構化是一種有效的處理手段,常見的表面織構可以用激光,電化學刻蝕,機械加工等方法在表面得到織構槽,條紋,波紋等織構形狀.織構化的表面可以起到產生流體動壓效應以增加承載能力,形成儲油單元給接觸表面提供潤滑劑防止咬合、粘連,存儲潤滑劑而減少犁溝形成的多方面作用,從而顯著提高耐磨壽命和潤滑效果.激光表面微織構的形貌處理技術及其加工效率高,無污染以及優良的對微細孔的形狀和尺寸的精準控制能力被認為是表面織構領域較好的方法.

申請號為CN201010299372的中國申請實用新型專利公開了一種具有優異納米摩擦學表現的規則微、納織構表金面的加工方法,該方法包括利用等離子體刻蝕復制模塑法和表面化學修飾法相結合,實現在金表面上構筑多種類型的規則微、納織構。該專利未涉及金屬切削刀片材料表面的涂層涂覆。申請號為CN200910117691的中國申請實用新型專利公開了一種多尺度仿生織構表面的加工方法。該方法結合表面復型法和電沉積方法,在金屬表面上微加工出具有生物表面高精度仿生織構電鍍層。但考慮到電鍍層的硬度及其與基體的結合強度原因,該方法形成的織構表面不能適應金屬切削加工的要求,特別是難加工材料的加工要求.申請號為CN201210118555的中國申請實用新型專利公開了一種激光光刻輔助電化學沉積制備微織構方法及其裝置。但考慮到電鍍層的硬度及其與基體的結合強度較低的原因,該方法形成的表面毛化凸體難以適應金屬切削加工的要求.申請號CN200810189022的中國授權實用新型專利公開了一種用于水潤滑的織構化類金剛石復合薄膜的制備方法。該方法采用激光表面微造形技術,能夠在工件表面獲得微織構形貌造形,然后通過磁控濺射沉積技術在工件表面獲得類金剛石薄膜。薄膜大大提高了常規類金剛石薄膜在水潤滑條件下的穩定性和減摩抗磨性能,摩擦系數降低高達40%,耐磨性提高1-3倍。適用用水環境下的機械密封環、推力軸承以及其他機械傳動摩擦副的表面防護與強化,該專利未涉及在一般條件的下的金屬切削加工用金剛石涂層刀具，特別是不能滿足難加工材料的加工要求。

因此.將刀片表面織構化處理與CVD金剛石薄膜涂層技術結合形成織構化復合薄膜,可以彌補兩類方法的局限性,實現技術方法的優化,更好的適應于金屬切削加工，特別是難加工材料的加工需要。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種環狀微織構金剛石涂層刀片結構；其可降低刀片切削力和切削溫度，減小刀片磨損，增加刀片耐用度，壽命和潤滑效果，減小摩擦，提高切削效率。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：一種環狀微織構金剛石涂層刀片結構，包括刀片本體，刀片本體表面設置有若干個按照矩形陣列均勻布置的織構槽，織構槽的深度為10-15μm，織構槽的寬度為0.1mm，織構槽的面積占刀片表面積的12-15%，刀片本體表面和織構槽內壁均設置一層金剛石薄膜。

每個織構槽均呈田徑賽場跑道形狀，每個織構槽均包括兩個半圓槽和兩個直線槽，一個直線槽的兩端分別與兩個半圓槽的一端連接；直線槽的長度為0.3mm，半圓槽的內圈半徑為0.2mm，半圓槽的外圈半徑為0.3mm，相鄰兩個織構槽之間的最短距離為0.5mm。

本實用新型的制作方法，包括以下步驟：

（1）對刀片本體進行表面的清洗預處理：將刀片本體表面去污清理，放入丙酮溶液中超聲清洗10-15分鐘；

（2）在刀片本體表面獲得微織構形貌：采用高精度光纖激光打標機對硬質合金刀片本體表面進行微織構造形，打標高度保持35mm，打標次數控制在5次，打標速度270mm/s，打標功率3W，在刀片表面均勻打標出來若干個織構槽，在刀片表面形成微織構形貌；

（3）對刀片本體進行酸堿預處理：把織構好的刀片先放在鐵氰化鉀(KOH+K₃(Fe(CN)₆))溶液中進行超聲清洗30分鐘，接著再把刀片放入硫酸和雙氧水的混合溶液中超聲清洗20秒，其中硫酸和雙氧水的體積比為H₂SO₄:H₂O₂=3:7，然后放入丙酮溶液中超聲清洗8分鐘，再放入由金剛石研磨粉（W0.5：W5=1:1）及丙酮所組成的混合液中超聲振動40分鐘，其中金剛石研磨粉的重量與丙酮的體積比為：金剛石研磨粉：丙酮=25mg：30ml，最后把刀片放入丙酮中清洗15分鐘；

（4）通過CVD沉積裝置對刀片表面進行金剛石涂層，得到所需的微織構化金剛石薄膜涂層：先對熱絲進行碳化處理,反應室真空度始終保持5Pa以下,保持碳源濃度60ml/min,碳源用冰塊冷卻至0°，并用添加冰塊的保溫裝置保持在0°左右,并保持至沉積結束,氫氣濃度保持在200ml/min,微調壓力表至-95.6KPa,使兩相熱絲電壓分別調至為8V、10V、14V,分別保持10分鐘,完成碳化；開啟反應室實驗轉動臺,轉動微調壓力控制閥使壓力表調整至-99KPa，然后開啟兩相穩壓電源，轉動穩壓電源旋鈕，增大熱絲電壓使熱絲升至18V左右,并保持功率為850W，保持形核20分鐘,然后調整碳源濃度至60ml/min,調整微調壓力控制閥使壓力調整至-97KPa,再次轉動穩壓電源旋鈕，使熱絲電壓調整為22V左右,并保持功率為1850W至生長結束，生長6小時在刀片表面和織構槽的內壁形成一層金剛石薄膜。

采用上述技術方案，本實用新型具有以下有益效果：織構槽結構的設置，在刀片進行切削時可使通過嵌入在刀片表面織構槽內的潤滑劑或潤滑液在切削熱和擠壓力的共同作用下在刀片工作表面形成連續的潤滑膜，減小刀片與工件、刀片與切屑之間的摩擦；同時織構槽內對切削液的存儲和對刀片切削時的冷卻可以達到潤滑效果和降低切削溫度的作用；在刀片表面和織構槽內形成的金剛石薄膜，附著在刀片表面的金剛石顆粒可以大大的加強刀片本身的耐磨度和使用壽命。與此同時，金剛石涂層具有微孔隙、微間隙流動性,具備有一定的親、疏液效果,提高織構化表面及邊界潤滑能力,增強自潤滑效果改善切削加工時的潤滑狀態,可以減小切削加工中的刀片磨損，減小摩擦力，降低切削力的作用，提高刀片切削效率和耐用度，保證工件表面質量的目的。

本實用新型中在刀片表面所打標設置的呈矩形陣列布置的若干個織構槽可充分提高與金剛石薄膜的結合強度，織構槽設置為田徑賽場跑道形狀，不僅便于打標操作，而且可充分增加織構槽在刀片表面覆蓋的范圍。織構槽的深度、寬度、相鄰兩個織構槽之間的最短距離等參數均為在試驗操作中得出的最優選的方案，可進一步提高上述有益效果的性能。

綜上所述，本發通過對刀片的表面的微織構化處理，達到提高刀片表面的抗粘結性能的目的，使刀片在切削時不僅具有金剛石涂層的高硬度,高耐磨性的優良切削加工性能還具備有微織構的自潤滑效果,能夠很好的解決刀片在切削時的摩擦潤滑狀態,減小摩擦,防止粘結,有效降低切削力和切削溫度,減小刀片磨損。采用本實用新型制備出來的金剛石涂層刀片可廣泛用于難加工材料的切削加工。

附圖說明

圖1是微織構刀片整體織構槽分布形貌視圖；

圖2是圖1中刀片的織構槽形貌具體尺寸的局部放大視圖；

圖3是圖1中微織構自潤滑CVD金剛石刀片的局部剖視圖。

具體實施方式

如圖1-圖3所示，本實用新型的一種環狀微織構金剛石涂層刀片結構，包括刀片本體2，刀片本體2表面設置有若干個按照矩形陣列均勻布置的織構槽1，織構槽1的深度為10-15μm，織構槽1的寬度為0.1mm，織構槽1的面積占刀片表面積的12-15%，刀片本體2表面和織構槽1內壁均設置一層金剛石薄膜3。

每個織構槽1均呈田徑賽場跑道形狀，每個織構槽1均包括兩個半圓槽和兩個直線槽，一個直線槽的兩端分別與兩個半圓槽的一端連接；直線槽的長度為0.3mm，半圓槽的內圈半徑為0.2mm，半圓槽的外圈半徑為0.3mm，相鄰兩個織構槽1之間的最短距離為0.5mm。

本實用新型的制作方法，包括以下步驟：

（1）對刀片本體2進行表面的清洗預處理：將刀片本體2表面去污清理，放入丙酮溶液中超聲清洗10-15分鐘；

（2）在刀片本體2表面獲得微織構形貌：采用高精度光纖激光打標機對硬質合金刀片本體2表面進行微織構造形，打標高度保持35mm，打標次數控制在5次，打標速度270mm/s，打標功率3W，在刀片表面均勻打標出來若干個織構槽1，在刀片表面形成微織構形貌；

（3）對刀片本體2進行酸堿預處理：把織構好的刀片先放在鐵氰化鉀(KOH+K₃(Fe(CN)₆))溶液中進行超聲清洗30分鐘，接著再把刀片放入硫酸和雙氧水的混合溶液中超聲清洗20秒，其中硫酸和雙氧水的體積比為H₂SO₄:H₂O₂=3:7，然后放入丙酮溶液中超聲清洗8分鐘，再放入由金剛石研磨粉（W0.5：W5=1:1）及丙酮所組成的混合液中超聲振動40分鐘，其中金剛石研磨粉的重量與丙酮的體積比為：金剛石研磨粉：丙酮=25mg：30ml，最后把刀片放入丙酮中清洗15分鐘；

（4）通過CVD沉積裝置對刀片表面進行金剛石涂層，得到所需的微織構化金剛石薄膜3涂層：先對熱絲進行碳化處理,反應室真空度始終保持5Pa以下,保持碳源濃度60ml/min,碳源用冰塊冷卻至0°，并用添加冰塊的保溫裝置保持在0°左右,并保持至沉積結束,氫氣濃度保持在200ml/min,微調壓力表至-95.6KPa,使兩相熱絲電壓分別調至為8V、10V、14V,分別保持10分鐘,完成碳化；開啟反應室實驗轉動臺,轉動微調壓力控制閥使壓力表調整至-99KPa，然后開啟兩相穩壓電源，轉動穩壓電源旋鈕，增大熱絲電壓使熱絲升至18V左右,并保持功率為850W，保持形核20分鐘,然后調整碳源濃度至60ml/min,調整微調壓力控制閥使壓力調整至-97KPa,再次轉動穩壓電源旋鈕，使熱絲電壓調整為22V左右,并保持功率為1850W至生長結束，生長6小時在刀片表面和織構槽1的內壁形成一層金剛石薄膜3。

本實施例并非對本實用新型的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術方案的保護范圍。