具有高耐磨性能的滚刀的制作方法

本实用新型涉及一种机加工刀具，尤其涉及一种高耐磨性能的滚刀。

背景技术：

滚刀是刀齿沿圆柱或圆锥作螺旋线排列的齿轮加工刀具，用于按展成法加工圆柱齿轮、蜗轮和其他圆柱形带齿的工件(见齿轮加工、齿轮)。根据用途的不同，滚刀分为齿轮滚刀、蜗轮滚刀、非渐开线展成滚刀和定装滚刀等。

滚刀是生产过程中经常使用的工具，有许多缺点，让人们在使用过程中感到不方便。比如滚刀的硬度不够，当滚刀的硬度偏低，刀齿上硬度不均匀或出现软点时，均会降低滚刀的耐用度，这样无形中就增加了使用的成本，并且即使改进这样的刀头，依然不能使刀头的使用寿命得到大幅度的提高。

涂层刀具，即通过用化学或物理的方法在刀具表面涂覆一层性能优异的金属化合物，赋予刀具更好的综合性能。刀具涂层由最初的TiC、TiN发展到以Ti、N等为基本元素，通过加入新的元素形成的多元涂层、多层涂层和纳米技术涂层。特别是加入Al元素后获得的TiAlN 涂层，相对于传统的TiN涂层，其性能几乎得到全面提升。但是在高温极端场合此类刀具仍具有一定的局限性。

在此背景之下，研究人员发现首先Cr具有比Ti更高的熔点，其次面心立方结构的CrN 晶胞与TiN晶胞相比能固溶更多的Al。因此开发出的以Cr代替Ti的AlCrN涂层与AlTiN涂层相比，耐高温氧化温度能明显提高、摩擦系数更小、排屑能力更强，虽然硬度稍有降低，但综合性能更为优异。

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具有高耐磨性能的滚刀，该滚刀具有高硬度、高耐磨性和抗高温氧化性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种具有高耐磨性能的滚刀，包括滚刀基体，滚刀基体含有多相AlCrN纳米插入层的高硬度CrAlN涂层，所述多相AlCrN纳米插入层的高硬度CrAlN涂层由多个多相化Al₈₀Cr₂₀N层和Cr₅₀Al₅₀N层构成，所述的Al₈₀Cr₂₀N层和 Cr₅₀Al₅₀N层交替沉积在滚刀基体上，每一Cr₅₀Al₅₀N层的厚度为4.0～6.0nm，每一多相化 Al₈₀Cr₂₀N层的厚度为0.3～1.4nm。

所述滚刀基体为金属或硬质合金或陶瓷。

所述的高硬度CrAlN涂层的总厚度为1.5-2.8μm。

所述Cr₅₀Al₅₀N层的柱状晶的宽度在10～30nm之间。

所述Al₈₀Cr₂₀N层中具有面心立方结构的CrAlN相。

本实用新型的有益效果是：本实用新型高耐磨性能的滚刀，具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的耐热性能。涂层的总厚度为1.5-2.8μm，以达到增加硬度、弹性模量和抗高温氧化性能的效果。本实用新型的滚刀，在使用过程中能够增强硬度，减少磨损，延长滚刀的使用寿命。

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、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为具有高耐磨性能的滚刀的结构半剖视图；

图2为图1的左视图；

图3为含有多相AlCrN纳米插入层的高硬度CrAlN涂层的透射电镜照片。

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至图3所示，一种具有高耐磨性能的滚刀，包括滚刀基体1，滚刀基体1表面上设有含有多相AlCrN纳米插入层的高硬度CrAlN涂层2。多相AlCrN纳米插入层的高硬度CrAlN涂层2由多个多相化Al₈₀Cr₂₀N层和Cr₅₀Al₅₀N层构成，所述的Al₈₀Cr₂₀N层和Cr₅₀Al₅₀N层交替沉积在滚刀基体上，每一Cr₅₀Al₅₀N层的厚度为4.0～6.0nm，每一多相化Al₈₀Cr₂₀N层的厚度为0.3～ 1.4nm。

该涂层采用反应溅射法在基体上交替溅射法制备，其方法步骤如下：

(1)清洗基体；

将经抛光处理后的基体送入超声波清洗机，分别在丙酮和无水乙醇分析纯中利用15～ 30kHz超声波进行依次清洗5～10min；然后进行离子清洗，在进行离子清洗的过程中，将基体装进真空室，抽真空到6×10^-4Pa，然后通入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Al₈₀Cr₂₀N层和Cr₅₀Al₅₀N层

将基体置入多靶磁控溅射仪并交替停留在Al₈₀Cr₂₀复合靶和Cr₅₀Al₅₀复合靶之前，在 AlCr复合靶中，Al和Cr元素的原子比为80:20，在Cr₅₀Al₅₀复合靶中，Cr和Al元素的原子比为50:50，通过溅射获得由多个Al₈₀Cr₂₀N层和Cr₅₀Al₅₀N层交替叠加的纳米量级多层涂层，通过调整靶功率和沉积时间，控制每一Cr₅₀Al₅₀N层的厚度为4.0～6.0nm，每一多相化 Al₈₀Cr₂₀N层的厚度为0.3～1.4nm，所述的涂层的总厚度为1.5-2.8μm；最终获得高硬度CrAlN 涂层。

最终所得的高硬度CrAlN涂层硬度为35.4GPa，

本实用新型高耐磨性能滚刀，具有很高的硬度、较好的耐磨性能和较佳的耐热性能。