專利名稱：一種硬質(zhì)合金刀具鍍膜方法及刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)硬質(zhì)合金刀具性能的鍍膜方法，特別涉及的是硬質(zhì)合金刀具 過(guò)渡層的制備方法，以最終實(shí)現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具表面涂層金剛石膜。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是把物理氣相沉積(PVD)多弧離子鍍技術(shù)和化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石制 備技術(shù)結(jié)合在一起的一種新技術(shù)，可簡(jiǎn)稱為PCVD復(fù)合涂層技術(shù)。物理氣相沉積多弧離子鍍 技術(shù)是一種設(shè)有1個(gè)或多個(gè)可同時(shí)蒸發(fā)離化難熔金屬材料的鍍膜技術(shù)，具有鍍膜速度快， 膜層組織致密，附著力好，均勻性好的特點(diǎn)。熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石技術(shù)是利用熱絲(鎢 絲或鉭絲)產(chǎn)生的高溫(2200°C左右)，將CH4H2混合氣體激發(fā)，得到大量反應(yīng)粒子，這些粒 子經(jīng)吸附、脫附等過(guò)程而進(jìn)入氣相形成等離子體，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)到達(dá)基臺(tái)表 面，在適宜條件下形成了金剛石膜。具有技術(shù)成熟，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，膜層質(zhì)量好 的特點(diǎn)。因?yàn)閅G系列或YT系列硬質(zhì)合金一般含有6-8 %的鈷，用化學(xué)氣相沉積方法在這類 刀具上進(jìn)行金剛石涂層時(shí)，因?yàn)殁挼奈龀鰧?dǎo)致成膜困難或膜層結(jié)合力很差。要解決這一難 題，主要措施是去除硬質(zhì)合金材料中的鈷。現(xiàn)在去除鈷的方法一般是化學(xué)法，即用酸脫鈷， 因?yàn)榇朔ㄆ茐牧擞操|(zhì)合金的基體成分，刀具基體受到很大損傷，降低了刀體的強(qiáng)度，即使能 夠涂層金剛石，意義也不是很大，因此未能推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本方法是先在硬質(zhì)合金刀具上用物理氣相沉積方法鍍一層鈦鉻合金膜作為過(guò)渡 層，然后再進(jìn)行CVD金剛石涂層。其原理是鈦和鉻都是強(qiáng)碳化物形成材料，與基體硬質(zhì)合 金和金剛石均有良好的浸潤(rùn)性和結(jié)合力，可以消除薄膜與基底因晶格失配，熱膨脹系數(shù)差 異而造成的內(nèi)應(yīng)力，既可以防止碳過(guò)度滲入基底，又可以防止鈷從基體深處向表面擴(kuò)散。在 這樣的過(guò)渡層上再進(jìn)行CVD金剛石涂層，既能保證硬質(zhì)合金刀具原有的強(qiáng)度和鋒利度，又 可以通過(guò)金剛石涂層，大幅度提高刀具的耐磨性，加工效率和使用壽命?；谏鲜鲈?，本發(fā)明是一種基于金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具過(guò)渡層的鍍膜方 法，其特征在于先在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制Ti-Cr合金膜過(guò)渡層，上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙 酮清洗脫水后，放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層。上述Ti-Cr合金膜過(guò)渡層的制備方法具體如下1、Ti-Cr合金靶材的制備Ti采用高純海綿鈦(純度99. 99% ), Cr選用高純鉻 (純度99. 99%),合金成分為Ti質(zhì)量百分比70-80%，Cr質(zhì)量百分比20-30%，Ti和Cr進(jìn) 行真空冶煉得到合金錠，然后按尺寸要求加工成Ti-Cr合金靶材；2、用物理氣相沉積方法鍍膜把經(jīng)超聲波清洗的硬質(zhì)合金刀具放入PVD設(shè)備的真 空室，抽真空達(dá)到1 X IO-1Pa時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)行離子轟擊，清洗硬質(zhì)合金刀具表面3分鐘， 轟擊偏壓從400V降至250V，弧電源保持在60A，鍍膜時(shí)間30-40分鐘，關(guān)閉弧電源，使真空室緩慢冷卻，1.5小時(shí)后取出樣品；這樣，在硬質(zhì)合金刀具表面就鍍制了一層厚度為l-2um的Ti-Cr合金膜。本發(fā)明的一種硬質(zhì)合金刀具，所述硬質(zhì)合金刀具的表面鍍有Ti-Cr合金膜過(guò)渡 層，在Ti-Cr合金膜過(guò)渡層上再鍍有金剛石涂層。進(jìn)一步的，所述Ti-Cr合金膜過(guò)渡層厚度為l_2um。本發(fā)明確定了用PVD方法先在硬質(zhì)合金刀具上鍍制一層Ti-Cr合金膜作為過(guò)渡 層，然后再用CVD方法進(jìn)行金剛石涂層的方法。確定了靶材的成分和制備方法，確定了 PVD 涂層的工藝參數(shù)，避免了膜層因升溫過(guò)快引起的內(nèi)應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生爆裂或脫落現(xiàn)象，使膜 層與基體之間具有很好的附著力。本發(fā)明通過(guò)過(guò)渡層的鍍制，保證了硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行金 剛石涂層的可行性，為提高硬質(zhì)合金刀具的性能提供了工藝保證。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1 柄徑# 3. 175mm立銑刀，全長(zhǎng)38mm，材質(zhì)硬質(zhì)合金。經(jīng)除油、超聲波清洗、烘干后， 立式放入真空室中的盤式夾具上。抽真空，真空度達(dá)到1 X IO-1Pa時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)行離子 轟擊，清洗刀具表面3分鐘，轟擊偏壓從401V降至248V，電流保持在60A，鍍膜時(shí)間32分鐘， 關(guān)閉弧電源，使真空室緩慢冷卻，1小時(shí)20分鐘后取出樣品。經(jīng)檢測(cè)，刀具上鍍制的Ti-Cr 合金膜厚度1. 35um。上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后再放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng) 設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層，即可得到具有Ti-Cr合金膜過(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具。實(shí)例2:柄徑# 2. 5mm鉆頭全長(zhǎng)38mm，材質(zhì)硬質(zhì)合金。經(jīng)除油、超聲波清洗、烘干后，立式 放入真空室中的盤式夾具上。抽真空，真空度達(dá)到IX ICT1Pa時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)行離子轟 擊，清洗刀具表面2. 5分鐘，轟擊偏壓從400V降至251V，電流保持在58A，鍍膜時(shí)間35分鐘， 關(guān)閉弧電源，使真空室緩慢冷卻，1小時(shí)30分鐘后取出樣品。經(jīng)檢測(cè)，刀具上鍍制的Ti-Cr 合金膜厚度1. 63um。上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后再放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng) 設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層，即可得到具有Ti-Cr合金膜過(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具。實(shí)例3:柄徑# 3. 175mm立銑刀，全長(zhǎng)38mm，材質(zhì)硬質(zhì)合金。經(jīng)除油、超聲波清洗、烘干后， 立式放入真空室中的盤式夾具上。抽真空，真空度達(dá)到1 X IO-1Pa時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)行離子 轟擊，清洗刀具表面2分鐘，轟擊偏壓從395V降至250V，電流保持在59A，鍍膜時(shí)間40分鐘， 關(guān)閉弧電源，使真空室緩慢冷卻，1小時(shí)35分鐘后取出樣品。經(jīng)檢測(cè)，刀具上鍍制的Ti-Cr 合金膜厚度1. 41um。上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后再放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng) 設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層，即可得到具有Ti-Cr合金膜過(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具。
權(quán)利要求
一種硬質(zhì)合金刀具鍍膜方法，其特征在于所述方法如下，包括如下步驟1.1先在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制Ti-Cr合金膜，作為鍍制金剛石涂層的過(guò)渡層；1.2上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后，放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金刀具鍍膜方法，其特征在于，所述步驟 1. ITi-Cr合金膜鍍制方法如下2. ITi-Cr合金靶材的制備Ti采用高純海綿鈦(純度99. 99% ), Cr選用高純鉻(純 度99. 99% )，合金成分為Ti質(zhì)量百分比70-80%，Cr質(zhì)量百分比20-30%，Ti和Cr進(jìn)行 真空冶煉得到合金錠，然后按尺寸要求加工成Ti-Cr合金靶材；2.2用物理氣相沉積方法鍍膜把經(jīng)超聲波清洗的硬質(zhì)合金刀具放入物理氣相沉積設(shè) 備的真空室，抽真空達(dá)到1 X lO^Pa時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)行離子轟擊，清洗硬質(zhì)合金刀具表面 2-3分鐘，轟擊偏壓從400V降至250V，弧電源保持在60A，鍍膜時(shí)間30-40分鐘，關(guān)閉弧電 源，使真空室緩慢冷卻，1.5小時(shí)后取出樣品；這樣，在硬質(zhì)合金刀具表面就鍍制了一層厚 度為l-2um的Ti-Cr合金膜。
3.一種硬質(zhì)合金刀具，其特征在于所述硬質(zhì)合金刀具的表面鍍有Ti-Cr合金膜過(guò)渡 層，在Ti-Cr合金膜過(guò)渡層上鍍有金剛石涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硬質(zhì)合金刀具，其特征在于所述Ti-Cr合金膜過(guò)渡層 厚度為l-2um。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)硬質(zhì)合金刀具性能的鍍膜方法，特別涉及的是硬質(zhì)合金刀具過(guò)渡層的制備方法，以最終實(shí)現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具表面涂層金剛石膜。本發(fā)明的方法包括如下步驟先在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制Ti-Cr合金膜，作為鍍制金剛石涂層的過(guò)渡層；上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后，放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層。利用本方法鍍制的硬質(zhì)合金刀具的表面鍍有Ti-Cr合金膜過(guò)渡層，在Ti-Cr合金膜過(guò)渡層上鍍有金剛石涂層。所述Ti-Cr合金膜過(guò)渡層厚度為1-2μm。本發(fā)明通過(guò)過(guò)渡層的鍍制，保證了硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行金剛石涂層的可行性，為提高硬質(zhì)合金刀具的性能提供了工藝保證。
文檔編號(hào)C23C14/16GK101831651SQ20101018190
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者晏雙利 申請(qǐng)人:晏雙利