1.高速鋼鉆頭和絲錐表面的Co離子注入

    金屬離子注入到金屬或非金屬零件表面內(nèi)是20世紀(jì)80年代發(fā)明的一種表面改性技術(shù)。金屬離子注入技術(shù)是將金屬蒸氣引入電離室，經(jīng)高壓電場作用進行離化和加速，引出大束流金屬正離子流并以極高速度和能量注入表面組織中，通過改變注入工藝參數(shù)可進行單元素和多元素金屬的單注或共注。根據(jù)刀具切削性能的要求，可選擇所需的注入金屬元素，以達到最佳切削效果。對注入后的表面分析和檢測表明，已注入金屬元素的表面晶格發(fā)生了嚴(yán)重的畸變和強化，基體表面組織與注入金屬元素離子發(fā)生化合反應(yīng)，形成了金屬化合物和彌散金屬硬質(zhì)相，如氧化物、碳化物和氮化物等，例如注入Ti、Co、C等金屬元素，金屬表面硬度可達1600~2000HV。注入后形成的硬化改性層深度可控制在幾埃米到幾百納米。此外，該硬質(zhì)層是混合體，沒有傳統(tǒng)涂層的明顯界面，故該硬質(zhì)層與金屬基體有極高的結(jié)合強度，從而提高了改性表面的耐磨性、抗沖擊性和耐腐蝕性。我們對高速鋼鉆頭、絲錐進行Co離子注入并與未經(jīng)注入處理的鉆頭、絲錐作了切削性能對比試驗，注入Co離子絲錐的材料為W6Mo5Cr4V2，尺寸為M10×1（帶刃傾角），試件為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，硬度190HB;，抗拉強度642MPa，選用切削速度3.6m/min，澆注乳化切削液，流量5L/min。攻絲過程中，注入Co離子與未注入Co離子的絲錐切削齒后面上的磨損過程如圖1所示，當(dāng)總攻絲長度為4m時，注入Co離子的絲錐切削齒后面上磨損量為0.15mm，未注入Co離子的磨損量為0.4mm，因此注入Co離子其絲錐的切削壽命較未注入Co離子的提高1.5~2倍。圖1注Co離子與未注Co離子的絲錐切削齒磨損過程圖2所示為絲錐切削齒后面上磨損形態(tài)。圖2（a）為用注入Co離子的絲錐切削后，刀齒后面沿刀刃處產(chǎn)生的是均勻磨損；圖2（b）為未注入Co離子的絲錐刀齒后面位于刀刃轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生了嚴(yán)重磨損并伴隨著崩刃。切削試驗表明，絲錐表面經(jīng)過改性處理后，它的耐磨性和抗沖擊性獲得了顯著的提高，其切削齒后面上的磨損是在緩慢和均勻的情況下進行。（a）注Co離子絲錐（b）未注Co離子絲錐圖2絲錐刀齒后面上磨損形態(tài)此外，對f6mm高速鋼鉆頭進行注入Co離子處理，用它鉆削1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料的孔，在鉆削速度Vc=12m/min、進給量f=0.12mm/r、使用乳化切削液等條件下，平均鉆孔數(shù)為423孔，而使用未經(jīng)處理的鉆頭平均鉆孔數(shù)為67孔，因此前者的切削效率是后者的6.3倍。根據(jù)已發(fā)表的資料表明，注入Ti離子的鉆頭的切削壽命是未注入Ti離子的7倍；注入Ti+C離子的盤銑刀的切削壽命較未注入Ti+C離子的提高2~4倍。

    2.多元多層超硬涂層絲錐

    在對刀具用TiC、Ti8等進行涂層的基礎(chǔ)上，進一步研究了對刀具進行多元多層超硬復(fù)合涂層，其中TiC+TiCN系列的多元多層復(fù)合涂層已大批量用于刀具涂層，并獲得了良好的效果。目前常用的多元涂層有TiN、TiC、ZrN、TiAlN、DLC，多層復(fù)合涂層有TiCN+TiN、TiN+TiC+DLC、TiN+TiAlN等，它們的主要物理機械性能介紹如下。TiCN+TiN：硬度3100~3400HV，膜層綜合了氮化鈦的耐沖擊和碳化鈦的高硬度及耐磨性的特點，膜層與鋼之間的摩擦系數(shù)小，抗氧化溫度達650~700°C，具有優(yōu)良的物理和機械性能。TiAlN：硬度3400~3600HV，耐磨性僅低于類金剛石膜，是目前國際工具行業(yè)最為推崇的超硬涂層。