本發(fā)明涉及一種合金鉆頭的制備方法，特別是涉及一種鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的制備方法。

背景技術(shù)：

多弧離子鍍是一種設(shè)有多個(gè)可同時(shí)蒸發(fā)的陰極蒸發(fā)源的真空物理氣相沉積技術(shù)，具有沉積速度快、膜層組織致密、附著力強(qiáng)、均勻性好等顯著特點(diǎn)。該技術(shù)適用于氮化物膜層的制備，并在tin，(ti,al)n，(ti,cr)n，(ti,zr)n等氮化物膜層的制備方面獲得成功的應(yīng)用。

而硬質(zhì)反應(yīng)膜與硬質(zhì)合金基體的附著力較差是一個(gè)普遍的問(wèn)題，盡管在硬質(zhì)合金基體上采用多弧離子鍍技術(shù)制備的多組元氮化物反應(yīng)膜層，附著力一般能夠達(dá)到70n-80n，仍難以滿足作為硬質(zhì)合金鉆頭耐磨膜層的需要。

作為硬質(zhì)反應(yīng)膜，硬度無(wú)疑是一項(xiàng)重要指標(biāo)。通常采用的氮化鈦膜層硬度可以在hv1600—2200之間，不僅硬度指標(biāo)偏低，同時(shí)波動(dòng)范圍較大，難以保證穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的制備方法，該方法采用多弧離子鍍技術(shù)制備鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的方法，確定了2個(gè)鈦鋁合金靶和2個(gè)鈦鋯合金靶作為陰極弧源靶；確定了一整套專門的鍍膜沉積工藝，使制備的鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭與未鍍膜的硬質(zhì)合金鉆頭相比，具有附著力強(qiáng)、硬度高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：

本發(fā)明所提出的鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的制備方法，可以獲得鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭，該鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭能夠保證高附著力（≥160n）、高硬度（≥hv4000），并具有使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明確定了確定多弧離子鍍作為制備鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的制備技術(shù)，確定了靶材及電弧源數(shù)量，確定了硬質(zhì)合金鉆頭的選擇與前處理，確定了硬質(zhì)合金鉆頭的放置方式，確定了鍍膜工藝，從而保證了鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的表面膜層成分的連續(xù)變化，降低了膜層的內(nèi)應(yīng)力，從而保證了高附著力、高硬度、長(zhǎng)使用壽命的同時(shí)實(shí)現(xiàn)，并具有良好的穩(wěn)定性。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明采用多弧離子鍍技術(shù)制備鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的方法依次包括：1）沉積技術(shù)的確定；2）靶材及電弧源數(shù)量的確定；3）硬質(zhì)合金鉆頭的選擇與前處理；4）硬質(zhì)合金鉆頭的放置；5）鍍膜工藝的確定。

沉積技術(shù)的確定，確定多弧離子鍍作為制備鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭的制備技術(shù)。靶材的確定，采用2個(gè)鈦鋁合金靶（鈦與鋁的原子百分比為45:55）和2個(gè)鈦鋯合金靶（鈦與鋯的原子百分比為65:35）作為陰極弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的鍍膜室壁弧源位置，靶材純度均達(dá)到99.95%，鍍膜過(guò)程中一直保證4個(gè)弧源的同時(shí)啟動(dòng)。硬質(zhì)合金鉆頭的選擇與前處理，選擇商用普通硬質(zhì)合金鉆頭作為鍍膜基體，在放入鍍膜室進(jìn)行鍍膜前，使用金屬洗滌劑對(duì)硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行常規(guī)去油、去污處理，并進(jìn)行表面精細(xì)拋光處理，最后分別用丙酮、乙醇進(jìn)行超聲波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以備沉積。硬質(zhì)合金鉆頭的放置，保持硬質(zhì)合金鉆頭處于4個(gè)陰極弧源靶所包圍的圓柱形區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)式工件架上，并且硬質(zhì)合金鉆頭平放，垂直于園柱面，同時(shí)，硬質(zhì)合金鉆頭尖端距離鍍膜室壁達(dá)到25厘米，在鍍膜過(guò)程中，一直保持工件架旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分鐘。鍍膜工藝的確定，為獲得鈦鋁鋯氮化物鍍膜硬質(zhì)合金鉆頭而采用的鍍膜工藝。第一步，當(dāng)鍍膜室背底真空達(dá)到1×10^-3帕、溫度達(dá)到240~300℃時(shí)，將鍍膜室充入氬氣，使其壓強(qiáng)達(dá)到2×10^-1帕，啟動(dòng)4個(gè)弧源，進(jìn)行離子轟擊，弧電流分別置于55a，時(shí)間為15分鐘，轟擊偏壓從400v均速降低到300伏；第二步，降低偏壓至120v，保持4個(gè)弧源弧電流分別置于55a不變，進(jìn)行過(guò)渡層沉積8~10分鐘；第三步，保持4個(gè)弧源弧電流分別置于55a、偏壓為120v不變，逐漸均勻降低氬氣流量，同時(shí)逐漸充入反應(yīng)氣體n2，保持鍍膜室真空度在（2.5±0.1）×10^-1帕，直到50~55分鐘時(shí)，氬氣流量降為0，氮?dú)饬髁窟_(dá)到最大，鍍膜室真空度仍然為（2.5±0.1）×10^-1帕。

實(shí)施例1

鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg8硬質(zhì)合金鉆頭的制備，其方法是，

1）沉積技術(shù)的確定，確定多弧離子鍍作為制備鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg8硬質(zhì)合金鉆頭的制備技術(shù)。

2）靶材的確定，采用2個(gè)鈦鋁合金靶（鈦與鋁的原子百分比為45:55）和2個(gè)鈦鋯合金靶（鈦與鋯的原子百分比為65:35）作為陰極弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的鍍膜室壁弧源位置，靶材純度均達(dá)到99.95%，鍍膜過(guò)程中一直保證4個(gè)弧源的同時(shí)啟動(dòng)。

3）硬質(zhì)合金鉆頭的選擇與前處理，選擇yg8硬質(zhì)合金鉆頭作為鍍膜基體，在放入鍍膜室進(jìn)行鍍膜前，使用金屬洗滌劑對(duì)yg8硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行常規(guī)去油、去污處理，并進(jìn)行表面精細(xì)拋光處理，最后分別用丙酮、乙醇進(jìn)行超聲波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以備沉積。

4）硬質(zhì)合金鉆頭的放置，保持yg8硬質(zhì)合金鉆頭處于4個(gè)陰極弧源靶所包圍的圓柱形區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)式工件架上，并且硬質(zhì)合金鉆頭平放，垂直于園柱面，同時(shí)，硬質(zhì)合金鉆頭尖端距離鍍膜室壁達(dá)到25厘米，在鍍膜過(guò)程中，一直保持工件架旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分鐘。

5）鍍膜工藝的確定，指的是為獲得鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg8硬質(zhì)合金鉆頭而采用的鍍膜工藝。第一步，當(dāng)鍍膜室背底真空達(dá)到1×10^-3帕、溫度達(dá)到260℃時(shí)，將鍍膜室充入氬氣，使其壓強(qiáng)達(dá)到2×10^-1帕，啟動(dòng)4個(gè)弧源，進(jìn)行離子轟擊，弧電流分別置于55a，時(shí)間為15分鐘，轟擊偏壓從400v均速降低到300伏；第二步，降低偏壓至120v，保持4個(gè)弧源弧電流分別置于55a不變，進(jìn)行過(guò)渡層沉積8分鐘；第三步，保持4個(gè)弧源弧電流分別置于55a、偏壓為120v不變，逐漸均勻降低氬氣流量，同時(shí)逐漸充入反應(yīng)氣體n2，保持鍍膜室真空度在（2.5±0.1）×10^-1帕，直到50分鐘時(shí)，氬氣流量降為0，氮?dú)饬髁窟_(dá)到最大，鍍膜室真空度仍然為（2.5±0.1）×10^-1帕。

使用上述方法制備的鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg8硬質(zhì)合金鉆頭，硬度達(dá)到hv4380，附著力達(dá)到170n，加工鑄鐵（ht250），孔深15毫米，孔數(shù)達(dá)到8800個(gè)，比未鍍膜前壽命提高3倍。

實(shí)施例2

鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg3硬質(zhì)合金鉆頭的制備，其方法是，

1）沉積技術(shù)的確定，確定多弧離子鍍作為制備鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg3硬質(zhì)合金鉆頭的制備技術(shù)。

2）靶材的確定，采用2個(gè)鈦鋁合金靶（鈦與鋁的原子百分比為45:55）和2個(gè)鈦鋯合金靶（鈦與鋯的原子百分比為65:35）作為陰極弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的鍍膜室壁弧源位置，靶材純度均達(dá)到99.95%，鍍膜過(guò)程中一直保證4個(gè)弧源的同時(shí)啟動(dòng)。

3）硬質(zhì)合金鉆頭的選擇與前處理，選擇yg3硬質(zhì)合金鉆頭作為鍍膜基體，在放入鍍膜室進(jìn)行鍍膜前，使用金屬洗滌劑對(duì)yg3硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行常規(guī)去油、去污處理，并進(jìn)行表面精細(xì)拋光處理，最后分別用丙酮、乙醇進(jìn)行超聲波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以備沉積。

4）硬質(zhì)合金鉆頭的放置，保持yg3硬質(zhì)合金鉆頭處于4個(gè)陰極弧源靶所包圍的圓柱形區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)式工件架上，并且硬質(zhì)合金鉆頭平放，垂直于園柱面，同時(shí)，硬質(zhì)合金鉆頭尖端距離鍍膜室壁達(dá)到25厘米，在鍍膜過(guò)程中，一直保持工件架旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分鐘。

5）鍍膜工藝的確定，指的是為獲得鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg3硬質(zhì)合金鉆頭而采用的鍍膜工藝。第一步，當(dāng)鍍膜室背底真空達(dá)到1×10^-3帕、溫度達(dá)到280℃時(shí)，將鍍膜室充入氬氣，使其壓強(qiáng)達(dá)到2×10^-1帕，啟動(dòng)4個(gè)弧源，進(jìn)行離子轟擊，弧電流分別置于55a，時(shí)間為15分鐘，轟擊偏壓從400v均速降低到300伏；第二步，降低偏壓至120v，保持4個(gè)弧源弧電流分別置于55a不變，進(jìn)行過(guò)渡層沉積10分鐘；第三步，保持4個(gè)弧源弧電流分別置于55a、偏壓為120v不變，逐漸均勻降低氬氣流量，同時(shí)逐漸充入反應(yīng)氣體n2，保持鍍膜室真空度在（2.5±0.1）×10^-1帕，直到55分鐘時(shí)，氬氣流量降為0，氮?dú)饬髁窟_(dá)到最大，鍍膜室真空度仍然為（2.5±0.1）×10^-1帕。

使用上述方法制備的鈦鋁鋯氮化物鍍膜yg3硬質(zhì)合金鉆頭，硬度達(dá)到hv4100，附著力達(dá)到170n，加工鑄鐵（ht250），孔深15毫米，孔數(shù)達(dá)到8600個(gè)，比未鍍膜前壽命提高3.3倍。