高速钢刀具表面强流脉冲离子束处理技术.pdf

采用强流脉冲离子束辐照进行高速钢刀具表面处理，并结合后续的深冷处理，可改变高速钢刀具表面的组织结构，提高高速钢刀具的硬度、耐磨性，从而提高刀具的使用寿命。采用该技术与激光处理、电子束处理和常规离子注入等相比具有能量转换率高、作用面积大、影响深度深、工艺容易控制等独特优势。与传统的涂层技术相比，该方法节能环保，工艺简单稳定，没有涂层与基体材料结合不良导致涂层脱落等问题。

1.  一种高速钢刀具表面处理工艺方法，其特征在于：
a)通过1～30次强流脉冲离子束辐照高速钢刀具表面，每次脉冲的脉冲宽度为50～100纳秒，能量密度为80～300J/cm²；
b)经过上述脉冲离子束辐照后再进行1～3次深冷处理，深冷处理温度为-40～-196℃，时间为0.1～4小时。

高速钢刀具表面强流脉冲离子束处理技术
技术领域
本发明属于材料表面处理技术，主要涉及一种提高高速钢刀具表面性能和使用寿命的新技术。
背景技术
在现代机械制造工业中，各种机械产品仍广泛地使用金属材料，其加工过程使用大量的刀具。随高精度机械加工设备的使用以及对机械零部件加工精度要求的提高，刀具的质量及使用寿命将直接影响产品成本、质量、生产效率和企业的经济效益。因此，人们一直探索新型刀具材料或采用新型工艺方法提高传统刀具材料的表面性能来满足现代工业发展的需要。
目前在工业生产广泛使用的刀具中，主要有碳钢刀具、高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、cBN刀具、聚晶金刚石刀具等。而对于机械制造工业广泛使用地黑色金属材料，其加工过程所使用的刀具中，高速钢刀具仍占最大的比例。因此如何提高高速钢刀具的性能和使用寿命仍是刀具研究的重点之一。
在对提高高速钢刀具性能的研究中，人们一方面通过材料化学成分的调整以及加工处理工艺的优化改善和提高刀具的使用性能。然而，通过该方面的研究来提高刀具寿命是有限的。随表面处理技术的发展，在刀具表面进行镀膜等表面处理能成倍地提高刀具的使用寿命。但由于镀膜过程影响因素较多，并使刀具的价格显著增加，在一定程度上影响了国内镀膜刀具的使用。因此，开发高速钢刀具表面处理工艺具有更重要的应用价值。
发明内容
本发明提供一种通过强流脉冲离子束(HIPIB)处理技术，从而提高高速钢刀具表面性能和使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过1～30次强流脉冲离子束对高速钢刀具进行辐照，每次脉冲的脉冲宽度为50～100纳秒，能量密度为80～300J/cm²；虽然采用强流脉冲离子束辐照后在一定程度上能显著提高高速钢的表面硬度和耐磨性，但由于强流脉冲离子束使表面产生大量亚稳的奥氏体组织，对使用性能产生不利的影响，因此还要进行1～3次深冷处理，深冷处理温度为-40～-196℃，时间为0.1～4小时。深冷处理使亚稳奥氏体转变成马氏体组织，稳定刀具尺寸，提高刀具的表面硬度和耐磨性，进而提高刀具的使用寿命。
采用该技术与激光处理、电子束处理和常规离子注入等相比具有能量转换率高、作用面积大、影响深度深、工艺容易控制等独特优势。而且，与传统的涂层技术相比，该方法节能环保，工艺简单稳定，没有涂层与基体材料结合不良导致涂层脱落等问题。