本发明涉及表面涂层加工，具体涉及一种提高pvd后处理涂层膜基结合强度的方法。
背景技术：
1、表面涂层技术是提高刀具性能的有效途径之一，通过在刀具表面涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物，在保证刀具较好韧性的同时，可提高刀具表面耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，延长刀具寿命，保证加工工件的质量。物理气相沉积(pvd)刀具涂层具有硬度高、耐磨性强、抗高温氧化性好等特性，将其作为耐磨涂层沉积在传统硬质合金刀具表面可大幅提高难加工材料的切削效率和加工质量。在发达国家，pvd涂层刀具已占涂层刀具总量的20％左右，且呈上升趋势。但在高接触应力和热应力的切削条件下，pvd涂层刀具首要问题是膜基结合强度不足，导致其在切削过程中涂层提前剥落失效。另外，pvd涂层表面在沉积时形成了大小不一的金属“液滴”(droplet)，这些液滴凝固后在涂层表面形成局部应力扰动，致使涂层容易脱落。因此，膜基结合强度的增强成为了pvd涂层刀具在难加工材料高性能切削应用中亟待解决的关键问题。
2、pvd涂层与基体的结合是一个膜基间机械嵌接作用及界面两侧原子间物理化学作用等方面相互耦合作用的结果。其中，残余应力是涂层结合强度的重要影响因素。涂层表面后处能改善涂层的应力状态，改变涂层的表面粗糙度，进而增强涂层刀具的膜基结合强度。后处理主要处理方法有研磨、抛光、冷处理、热处理、微喷砂等。其中，微喷砂技术作为涂层刀具后处理工艺已广泛应用于实际生产。
3、但是微喷砂技术在微喷砂过程中的磨损机制会导致涂层厚度减小和潜在的基底显现，并且微喷砂技术所使用的微细磨粒具有成本高、环保性差的问题。与微喷砂技术相比，激光则可以精确控制脉冲激光能量来控制表面涂层的处理效果。激光冲击强化(lsp)主要用于对金属材料的表面处理，有时会在工件上附加薄层不透明覆面材料代替金属蒸发。激光烧蚀会导致加工表面在激光高能光束的作用下发生氧化及熔融物溅射等现象，出现热效应区、裂纹、鼓包、焦斑、碎片、重铸层等缺陷，从而影响表面织构的质量。液相激光加工具有缓解传统激光烧蚀工艺的热效应的优点，但是一般基液(大部分为水)辅助激光诱导的空化气泡、悬浮碎片和湍流液体流动的光散射和屏蔽效应一般会降低激光束的传输稳定性、导致能量效率低，涂层表面质量差限制了其应用前景。激光诱导微射流的实施条件难以控制，基体液面的高度与空化气泡是同等级的，达到微米级别，在实际应用中难以精确控制。
4、因此，为了提高激光强化的工艺效率和效果，开发新型的激光强化工艺来改善pvd涂层残余应力和去除涂层表面缺陷显得尤为重要。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种提高pvd后处理刀具涂层膜基结合强度的方法，通过纳米流体导热，在涂层表面诱导产生高温高压的等离子体，由于流体介质的约束作用，使等离子体无法扩散。等离子羽区内部发生热传导、膨胀、冷却直至溃灭。此过程中产生的高温高压的环境促使涂层表面颗粒克服层间的范德华力，实现涂层颗粒及”大液滴”的剥离，并对微米级厚度的涂层表面产生柔性冲击力，提高涂层与基体的结合力。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高pvd后处理刀具涂层膜基结合强度的方法，包括以下步骤：
3、(1)将基体置于盛放纳米流体的反应器中，所述纳米流体在反应器中循环流动；
4、(2)通过物镜将紫外纳秒激光聚焦到所述基体的涂层表面，设定激光器的加工参数完成所述涂层表面处理。
5、进一步地，在步骤(1)之前，还需对基体表面进行预处理，除去涂层表面的杂质。预处理的方式为：将基体放置于与乙醇中进行超声处理。
6、进一步地，所述反应器设置有进料口与出料口，所述进料口、所述出料口分别与纳米流体储蓄罐相连通。例如，可以使用两个蠕动泵分别设置于出料口与纳米流体储蓄罐之间、进料口与纳米流体储蓄罐之间为纳米流体提供动力。
7、进一步地，纳米流体储蓄罐中设置有搅拌装置，所述搅拌装置保证纳米流体的浓度保持均匀。
8、进一步地，所述进料口与出料口的纳米流体的流动速度为1-5ml/min；例如1ml/min、2ml/min、3ml/min、4ml/min和5ml/min等，包括但不限于上述所列举的流动速度；优选地，1-2ml/min。
9、进一步地，所述反应器进料口的高度高于基体的涂层高度。
10、进一步地，所述反应器内纳米流体的液面高度与所述基体的涂层表面的距离为0.5-10mm；例如，0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等包括但不限于上述距离；优选为1mm。
11、进一步地，所述纳米流体的导热系数为0.8-2w/(m·k)，在光谱400-1000nm范围内流体的透射率为20-40％，粘度为0.5-5.5mpa·s。
12、进一步地，所述纳米流体包括纳米颗粒和溶剂；所述纳米颗粒包括但不限于sio2、zno/au、al2o3和aln中的一种或多种。纳米颗粒的存在是保证纳米流体具有高的导热系数，可快速带走激光激发产生的热量。本发明人发现并不是所有的纳米颗粒都可以使用；如果纳米颗粒的比表面积过大，会导致反应速率过快，还原性更强，则更容易与基液中空气接触氧化变成金属氧化物，导致导热系数迅速的下降；有些金属氧化物甚至会凝聚成块，堵塞出料口和进料口。此外，纳米流体的选择也要考虑与基体相适应；碳钢在纳米流体的表面磨损腐蚀速率要比在水作为基液中的磨损高很多；因此，纳米流体的选择也要保证其对加工材料没有负面影响。
13、进一步地，所述溶剂为水和/或有机溶剂。
14、进一步地，所述纳米流体中纳米颗粒的浓度为0.2-1mg/ml；例如，0.2mg/ml、0.3mg/ml、0.4mg/ml、0.5mg/ml、0.5mg/ml、0.6mg/ml、0.7mg/ml、0.8mg/ml、0.9mg/ml、1mg/ml等，包括但不限于上述所列举浓度；直径范围为15nm-2μm。
15、优选地，纳米流体中纳米颗粒的浓度为0.5mg/ml。
16、进一步地，所述基体的涂层为tialn和/或alcrn。
17、进一步地，所述激光加工的参数为：激光脉冲功率为5-10w，频率为100-400khz，脉冲宽度为13～15ns，扫描速度500～2000mm/s，场镜的焦距为254mm，扫描范围在175mm×175mm，最大光束直径为14mm，工作距离为259mm，最大焦点半径为25-35μm，激光器的离焦量范围为-20至-200μm。
18、优选地，所述激光加工的参数为：激光脉冲功率为5-10w，频率为100-400khz，脉冲宽度为13～15ns，扫描速度100～2000mm/s，场镜的焦距为254mm，扫描范围在175mm×175mm，最大光束直径为14mm，工作距离为259mm，最大焦点半径为30-35μm，激光器的离焦量范围为-80至-100μm。
19、本发明的有益效果：
20、1.本发明提出了一种新型的pvd后处理涂层的方法，当激光作用于涂层时，循环流动的纳米流体凭借其高导热特性，能有效吸收激光产生的热量，显著降低涂层表面的热影响区域。这一过程有效预防了激光直接烧蚀可能导致的涂层损伤，如重铸层和微裂纹等问题。此外，纳米流体中的纳米颗粒可以吸收激光产生的能量进而产生等离子增强效应，形成指向涂层的微射流，所述微射流可以在涂层表面产生有益的残余压应力，提高涂层的结合力。
21、2.本发明的装置设计简洁高效，纳米流体的循环流动有效减轻了传统激光烧蚀工艺中常见的热效应问题，同时增强基体与基体涂层上的结合强度。此外，纳米流体的循环使用设计也极大降低了成本，实现了经济效益与环境友好的双重优势。
1.一种提高pvd后处理刀具涂层膜基结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应器设置有进料口和出料口，所述进料口和所述出料口分别与纳米流体储蓄罐相连通。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进料口与出料口的纳米流体的流动速度为1-5ml/min。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进料口的高度高于基体的涂层高度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应器内纳米流体的液面高度与所述基体的涂层表面的距离为0.5-10mm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米流体包括纳米颗粒和溶剂；所述纳米颗粒包括但不限于sio2、zno/au、al2o3和aln中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述纳米流体中纳米颗粒的浓度为0.2-1mg/ml；直径范围为15nm-2μm。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述纳米流体的导热系数为0.8-2w/(m·k)，在光谱400-1000nm范围内流体的透射率为20-40％，粘度为0.5-5.5mpa·s。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基体的涂层为tialn和/或alcrn。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光加工的参数为：激光脉冲功率为5-10w，频率为100-400khz，脉冲宽度为13～15ns，扫描速度500～2000mm/s，场镜的焦距为254mm，扫描范围在175mm×175mm，最大光束直径为14mm，工作距离为259mm，最大焦点半径为25-35μm，激光器的离焦量范围为-20至-200μm。
