固体润滑剂在切削加工润滑中的应用三0咸宁

固体润滑剂在切削加工润滑中的应用（三）

固体润滑剂在切削加工润滑中的应用（三） 2011年12月10日 来源： 1992年有人首次提出在刀具表面沉积软固体润滑膜的方法提高刀具寿命和生产率。由于涂层材料的形成自由能低、化学性能稳定、与工件材料的化学亲和力小，因此可在刀—屑、刀—工界面之间有效地起到抗粘结的作用。在切削区高温条件下，TiC、TiN等涂层材料还可以被氧化生成一些较软的TiO2膜。Al2O3在800℃以上也具有相当的流动性，可起到极压润滑作用。从摩擦学观点来看，这两方面都使涂层材料起到了很好的固体润滑剂的作用，不仅使刀具抗粘结磨损的能力增强，对降低切削力、切削温度和提高加工质量均有好处。?

用涂层和镀膜等方法将固体润滑剂粘结在刀具表面而形成固体润滑膜，可以起到润滑功效。具有层状结构的固体润滑剂与摩擦表面具有较强的粘结能力，其本身的各层之间有较低的剪切强度，在切削过程中，存在于刀具表面的固体润滑膜将转移到工件材料表面，形成转移膜，使切削过程中摩擦发生在转移膜和润滑膜之间。即使摩擦发生在固体润滑膜内部，也可达到减小摩擦系数和降低刀具磨损的目的。

荆阳等研究了TiAlN-MoS2/TiAlN硬质润滑膜的摩擦特性，研究表明，在钻头(W6Mo5Cr4V2麻花钻，硬度HRC63)上沉积TiAlN-MoS2/TiAlN硬质膜，可使其在钻削过程中(钻削材料为38CrNi3MoVA，调质，硬度HRC42，钻头转速为600r/min，钻削深度20mm，进给量0.13mm/r)，具有优异的耐磨、减摩和耐高温等性能，从而大幅度提高了刀具的寿命。其中TiAlN硬质膜的耐磨寿命比TiN薄膜高出近1倍。?

Fox等研究了MoS2/Ti和石墨/CrC润滑涂层的摩擦润滑特性，研究表明，在往复摩擦试验条件下，MoS2/Ti润滑涂层具有典型的摩擦趋势(负载100N)，摩擦系数较小且稳定。通过在厚20mm的JISS50C钢上进行钻孔对比试验(转速30m/min，钻深18mm，进给量0.12mm/r)，干摩擦条件下，在硬涂层上涂敷一层MoS2/Ti润滑涂层的钻头大大提高了寿命。涂敷MoS2/Ti和TiN复合涂层的钻头比单独使用TiN的寿命提高2.1倍，使用MoS2/Ti和TiAlN复合涂层的可比单独使用TiAlN涂层的寿命提高2.8倍。

You-rong Liu等研究了MoS2涂层陶瓷刀具的切削性能和磨损机制。用未涂层和MoS2涂层刀具(Si3N4和Si3N4/MoS2、TiCN和TiCN/MoS2、WC/Co和WC/Co MoS2)进行对比切削试验(切削速度103～208m/min，进给量0.1mm/r，切削深度0.25mm，工件为1045碳钢和302不锈钢)。试验结果表明，在切削1045碳钢时，用MoS2涂层的Si3N4和TiCN刀具寿命比未涂层刀具提高了50%；切削302不锈钢时，用MoS2涂层的WC/Co刀具寿命比其未涂层时提高了140%以上。用陶瓷刀具加工时，粘结磨损是主要的磨损原因，特别是在大进给量和高速切削下，而MoS2涂层有效的阻止了工件和刀具之间的粘结。通过XPS分析，在切削过程中刀具表面发生了一系列的摩擦化学反应。?

另外，粒子束混合(IBM)和粒子束辅助沉积(IBAD)等技术也已用于陶瓷的固体润滑研究。其中，IBM技术以载能离子束对膜层原子进行直接轰击，而使膜层与底材之间的原子混合，使膜—基界面拓宽，结合强度明显增大，而且轰击引起的界面化学反应还可以使膜—基结合强度进一步提高。研究表明，利用IBM技术改性的Ti/Ni多层膜可以明显的改善ZrO2和Si3N4陶瓷材料的摩擦学性能，特别是其高温摩擦学性能，在800℃高温下的摩擦系数在0.06～0.09之间。

5.固体润滑剂在自润滑刀具中的应用

自润滑刀具是指刀具材料本身具有减摩、抗磨、润滑功能，可在无外加润滑液或润滑剂的条件下实现自润滑切削加工。由于自润滑刀具的应用可减小摩擦与磨损，省去冷却润滑系统,减少设备投资,避免切削液造成的环境污染，实现清洁化生产，降低生产成本，因此自润滑刀具是一种高效、洁净的绿色刀具，在现代切削加工中具有广阔的应用前景。

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