固體潤滑劑在涂層刀具及自潤滑刀具上的應(yīng)用

　　固體潤滑劑由于摩擦性能優(yōu)良、承載能力和耐磨性較高、良好的寬溫特性和時效性等特點，可以應(yīng)用在不能使用潤滑油脂的地方、環(huán)境惡劣及無需維護的場合，在切削加工中也廣泛應(yīng)用固體潤滑劑來改善摩擦的潤滑情況。

　　對切削加工進行潤滑的方法主要有三種：①采用具有潤滑功能的切削液；②在刀具表面進行潤滑涂層；③使用自潤滑刀具。

　　在切削液中，固體潤滑劑只是以添加劑的形式起輔助作用，來提高切削液的性能；而在后兩種潤滑方法中固體潤滑劑是其發(fā)揮潤滑作用的主要因素。

　　應(yīng)用于涂層刀具

　　目前常用的刀具涂層材料主要為各種硬質(zhì)氮化物、氧化物、碳化物或硼化物陶瓷，都具有很高的硬度，優(yōu)異的耐熱性、耐氧化性和耐腐蝕性。

　　由于涂層材料的形成自由能低、化學(xué)性能穩(wěn)定、與工件材料的化學(xué)親和力小，因此可在刀-屑、刀-工界面之間有效地起到抗粘結(jié)的作用。在切削區(qū)高溫條件下，TiC、TiN等涂層材料還可以被氧化生成一些較軟的TiO2膜。Al2O3在800℃以上也具有相當?shù)牧鲃有裕善鸬綐O壓潤滑作用。從摩擦學(xué)觀點來看，這兩方面都使涂層材料起到了很好的固體潤滑劑的作用，不僅使刀具抗粘結(jié)磨損的能力增強，對降低切削力、切削溫度和提高加工質(zhì)量均有好處。

　　用涂層和鍍膜等方法將固體潤滑劑粘結(jié)在刀具表面而形成固體潤滑膜，可以起到潤滑功效。具有層狀結(jié)構(gòu)的固體潤滑劑與摩擦表面具有較強的粘結(jié)能力，其本身的各層之間有較低的剪切強度，在切削過程中，存在于刀具表面的固體潤滑膜將轉(zhuǎn)移到工件材料表面，形成轉(zhuǎn)移膜，使切削過程中摩擦發(fā)生在轉(zhuǎn)移膜和潤滑膜之間。即使摩擦發(fā)生在固體潤滑膜內(nèi)部，也可達到減小摩擦系數(shù)和降低刀具磨損的目的。

　　應(yīng)用于自潤滑刀具

　　自潤滑刀具是指刀具材料本身具有減摩、抗磨、潤滑功能，可在無外加潤滑液或潤滑劑的條件下實現(xiàn)自潤滑切削加工。由于自潤滑刀具的應(yīng)用可減小摩擦與磨損，省去冷卻潤滑系統(tǒng)，減少設(shè)備投資，避免切削液造成的環(huán)境污染，實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，因此自潤滑刀具是一種高效、潔凈的綠色刀具，在現(xiàn)代切削加工中具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前，在切削過程中實現(xiàn)刀具自潤滑的方法主要有兩種：①利用切削高溫作用下的摩擦化學(xué)反應(yīng)，在刀具材料表面原位生成具有自潤滑作用的反應(yīng)膜；②直接將固體潤滑劑添加到刀具材料中，實現(xiàn)刀具自潤滑。添加固態(tài)潤滑劑是制備自潤滑材料的一個重要途徑。常用的固態(tài)潤滑劑有MoS2、hBN、H3BO3、TaS2、WS2等以及部分軟金屬(Ni、W、Al、Ti、Co等)，它們與金屬材料的摩擦系數(shù)可降低至0.1-0.2。

　　將固態(tài)潤滑劑作為添加劑加入刀具材料基體中形成復(fù)合刀具材料，可利用固態(tài)潤滑劑易拖敷、摩擦系數(shù)小等特點，在刀具表面形成連續(xù)的固態(tài)潤滑層，從而使刀具材料獲得自潤滑特性。此類自潤滑刀具材料具有良好的高溫摩擦性能，可適應(yīng)1200℃以上的切削溫度范圍以及很寬的切削速度范圍，并能承受高載荷，可較好滿足高速切削、干式切削、硬態(tài)切削以及難加工材料加工等先進制造技術(shù)對刀具材料提出的嚴格要求。

　　添加固態(tài)潤滑劑會對刀具材料性能產(chǎn)生兩方面的影響：一方面，固態(tài)潤滑劑可在摩擦表面拖敷形成潤滑膜，從而改善摩擦界面的接觸狀態(tài)，減小摩擦磨損；另一方面，固態(tài)潤滑劑在刀具材料中的彌散可能導(dǎo)致材料機械性能下降。因此，為了既保證固態(tài)潤滑劑的足夠含量以形成連續(xù)潤滑膜，實現(xiàn)穩(wěn)定的潤滑作用，同時又能保證刀具材料的物理機械性能不致明顯下降，就必須在其物理機械性能與自潤滑性能之間進行合理的綜合平衡。

　　由于此類自潤滑刀具材料內(nèi)部始終含有固態(tài)潤滑劑，因而刀具在整個生命周期內(nèi)始終具有自潤滑功能，且刀具材料在很寬的溫度范圍內(nèi)(低速到高速切削)均具有自潤滑能力。

　　固體潤滑劑在切削液中的應(yīng)用，大大提高了切削的潤滑特性、承載能力和溫度適應(yīng)性能，改善了加工表面質(zhì)量，使切削液在苛刻加工條件下的性能大大提高。