本申請(qǐng)涉及薄膜加工領(lǐng)域，特別是涉及薄膜結(jié)構(gòu)、立方氮化硼薄膜結(jié)構(gòu)、切削工具及其制造方法與設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、切削加工的工具，例如刀具，其表面通常需要沉積硬質(zhì)薄膜。薄膜能否應(yīng)用于切削加工，關(guān)鍵在于薄膜與切削工具基材的結(jié)合是否牢固。結(jié)合不牢固的薄膜沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。切削工具的基材絕大部分為高速鋼和硬質(zhì)合金。如果直接沉積納米多晶鉆石(ncd)，納米多晶鉆石的碳原子和高速鋼的鐵原子，或者硬質(zhì)合金里的鈷原子，在高溫下兩種元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，分解鉆石的結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致納米多晶鉆石薄膜失效。

2、傳統(tǒng)做法是先用化學(xué)藥液把工具表面的鈷元素去除，鈷元素是工具表面硬質(zhì)合金里的碳化鎢的粘合材料，然后才沉積納米多晶鉆石薄膜，例如murakami’s?solution采用10g?k3(cn)6+10g?koh+100ml?h2o處理10分鐘，然后用caro’s?acid，包括3ml?h2so4(96％)+88ml?h2o2(30％)處理10秒，以去掉硬質(zhì)合金表面的鈷元素，這樣做是為了防止鈷元素的存在導(dǎo)致碳形成sp2石墨結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致無(wú)法形成sp3鉆石結(jié)構(gòu)。

3、但這種做法無(wú)法避免地造成工具表面粗糙，直接影響納米多晶鉆石沉積后表面的光潔度，而且工序繁瑣，化學(xué)廢水污染嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要提供一種薄膜結(jié)構(gòu)、立方氮化硼薄膜結(jié)構(gòu)、切削工具及其制造方法與設(shè)備。

2、在一個(gè)實(shí)施例中，一種薄膜結(jié)構(gòu)，其包括初步結(jié)合層-中間結(jié)合層-ncd；其中，

3、所述初步結(jié)合層包括crn及tin中的一項(xiàng)；

4、所述中間結(jié)合層包括氧化薄膜及氮氧薄膜中的至少一項(xiàng)。

5、上述薄膜結(jié)構(gòu)，采用初步結(jié)合層例如氮化鉻或氮化鈦配合中間結(jié)合層再結(jié)合納米多晶金剛石，在具有納米多晶金剛石硬度的前提下，使得相關(guān)工具例如硬質(zhì)合金表面的鈷元素不會(huì)影響納米多晶金剛石所形成的薄膜，從而無(wú)需去掉硬質(zhì)合金表面的鈷元素，進(jìn)而在保持工具表面光滑度的前提下，避免了采用化學(xué)藥液把硬質(zhì)合金表面的鈷元素去除的工藝，因此具有工序簡(jiǎn)單及污染小的優(yōu)點(diǎn)。

6、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述薄膜結(jié)構(gòu)還包括cbn，形成初步結(jié)合層-中間結(jié)合層-ncd-cbn薄膜。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例中，一種立方氮化硼薄膜結(jié)構(gòu)，其包括初步結(jié)合層-中間結(jié)合層-ncd-cbn；其中，

8、所述初步結(jié)合層包括crn及tin中的一項(xiàng)；

9、所述中間結(jié)合層包括氧化薄膜及氮氧薄膜中的至少一項(xiàng)。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述中間結(jié)合層包括alcron、alcro及alcrsion中的至少一項(xiàng)。

11、在其中一個(gè)實(shí)施例中，一種切削工具，其包括切削工具基材及任一實(shí)施例所述薄膜結(jié)構(gòu)，所述薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述切削工具基材上。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例中，一種切削工具的制造方法，其包括步驟：

13、提供切削工具基材；

14、采用電弧蒸發(fā)法于所述切削工具基材上形成初步結(jié)合層；其中，所述初步結(jié)合層包括crn及tin中的一項(xiàng)；

15、采用電弧蒸發(fā)法于所述初步結(jié)合層上形成中間結(jié)合層；其中，所述中間結(jié)合層包括氧化薄膜及氮氧薄膜中的至少一項(xiàng)；

16、采用微波化學(xué)沉積法于所述中間結(jié)合層上形成納米多晶金剛石薄膜層。

17、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述切削工具的制造方法還包括步驟：采用高功率脈沖磁控濺射法于所述納米多晶金剛石薄膜層上形成立方氮化硼薄膜層；及或，所述中間結(jié)合層包括alcron、alcro及alcrsion中的至少一項(xiàng)。

18、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述切削工具的制造方法還包括步驟：采用等離子法清潔所述切削工具基材。

19、在其中一個(gè)實(shí)施例中，一種切削工具的制造設(shè)備，其包括真空爐、加熱裝置、真空裝置、高功率脈沖濺射裝置、電弧蒸發(fā)裝置、微波發(fā)生裝置、脈沖偏壓裝置、氣體流量控制裝置及溫控裝置；

20、所述加熱裝置、所述真空裝置、所述高功率脈沖濺射裝置、所述電弧蒸發(fā)裝置、所述微波發(fā)生裝置、所述脈沖偏壓裝置、所述氣體流量控制裝置及所述溫控裝置均至少部分設(shè)置于所述真空爐的內(nèi)腔中；

21、所述加熱裝置用于加熱所述內(nèi)腔；

22、所述真空裝置用于對(duì)所述內(nèi)腔抽真空及檢測(cè)真空度；

23、所述高功率脈沖濺射裝置的靶材、所述電弧蒸發(fā)裝置的靶材及所述微波發(fā)生裝置的輸出端設(shè)置于所述內(nèi)腔中；

24、所述脈沖偏壓裝置分別與所述高功率脈沖濺射裝置、所述電弧蒸發(fā)裝置及所述微波發(fā)生裝置電連接；

25、所述氣體流量控制裝置用于向所述內(nèi)腔輸入氣體；

26、所述溫控裝置與所述加熱裝置電連接，用于控制所述內(nèi)腔的溫度。

27、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電弧蒸發(fā)裝置設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)電弧靶材，用于沉積初步結(jié)合層及中間結(jié)合層；其中，所述初步結(jié)合層包括crn及tin中的一項(xiàng)，所述中間結(jié)合層包括氧化薄膜及氮氧薄膜中的至少一項(xiàng)；

28、所述微波發(fā)生裝置設(shè)置至少一個(gè)微波導(dǎo)出器，用于沉積納米多晶金剛石薄膜；

29、所述高功率脈沖濺射裝置設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)高功率脈沖濺射靶材，用于沉積立方氮化硼薄膜。

30、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述真空爐的內(nèi)壁設(shè)有冷水管路；或者，

31、所述電弧蒸發(fā)裝置設(shè)有電弧純鉻純鈦靶及電弧鋁硅靶；或者，

32、所述高功率脈沖濺射裝置設(shè)有濺射純硼靶；或者，

33、所述溫控裝置設(shè)有爐溫控制系統(tǒng)及冷水控制系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.一種薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括初步結(jié)合層-中間結(jié)合層-ncd；其中，

2.一種立方氮化硼薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括初步結(jié)合層-中間結(jié)合層-ncd-cbn；其中，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述立方氮化硼薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中間結(jié)合層包括alcron、alcro及alcrsion中的至少一項(xiàng)。

4.一種切削工具，其特征在于，包括切削工具基材及權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述薄膜結(jié)構(gòu)，所述薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述切削工具基材上。

5.一種切削工具的制造方法，其特征在于，包括步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述切削工具的制造方法，其特征在于，還包括步驟：采用高功率脈沖磁控濺射法于所述納米多晶金剛石薄膜層上形成立方氮化硼薄膜層；及或，所述中間結(jié)合層包括alcron、alcro及alcrsion中的至少一項(xiàng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述切削工具的制造方法，其特征在于，還包括步驟：采用等離子法清潔所述切削工具基材。

8.一種切削工具的制造設(shè)備，其特征在于，包括真空爐、加熱裝置、真空裝置、高功率脈沖濺射裝置、電弧蒸發(fā)裝置、微波發(fā)生裝置、脈沖偏壓裝置、氣體流量控制裝置及溫控裝置；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述切削工具的制造設(shè)備，其特征在于，所述電弧蒸發(fā)裝置設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)電弧靶材，用于沉積初步結(jié)合層及中間結(jié)合層；其中，所述初步結(jié)合層包括crn及tin中的一項(xiàng)，所述中間結(jié)合層包括氧化薄膜及氮氧薄膜中的至少一項(xiàng)；

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述切削工具的制造設(shè)備，其特征在于，所述真空爐的內(nèi)壁設(shè)有冷水管路；或者，

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及薄膜結(jié)構(gòu)、立方氮化硼薄膜結(jié)構(gòu)、切削工具及其制造方法與設(shè)備，所述薄膜結(jié)構(gòu)包括初步結(jié)合層?中間結(jié)合層?NCD；其中，所述初步結(jié)合層包括CrN及TiN中的一項(xiàng)；所述中間結(jié)合層包括氧化薄膜及氮氧薄膜中的至少一項(xiàng)。采用初步結(jié)合層例如氮化鉻或氮化鈦配合中間結(jié)合層再結(jié)合納米多晶金剛石，在具有納米多晶金剛石硬度的前提下，使得相關(guān)工具例如硬質(zhì)合金表面的鈷元素不會(huì)影響納米多晶金剛石所形成的薄膜，從而無(wú)需去掉硬質(zhì)合金表面的鈷元素，進(jìn)而在保持工具表面光滑度的前提下，避免了采用化學(xué)藥液把硬質(zhì)合金表面的鈷元素去除的工藝，因此具有工序簡(jiǎn)單及污染小的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：單永賢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州博森盾技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30