一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)氣相沉積(Chemical VaporDeposit 1n，CVD)金剛石薄膜具有許多接近天然金剛石的優(yōu)異性能，如硬度高、彈性模量大，摩擦系數(shù)低、耐磨性強以及表面化學(xué)性能穩(wěn)定等。CVD金剛石薄膜的制備不受基體形狀的制約，能夠直接沉積在復(fù)雜形狀基體的表面，因此，它非常適合作為耐磨、減摩以及保護性涂層材料應(yīng)用于具有復(fù)雜形狀的硬質(zhì)合金整體式刀具外表面，達到提高刀具耐磨性、延長刀具使用壽命等目的。
[0003]對涂層刀具來說，CVD金剛石薄膜與刀具基體之間的附著強度以及薄膜的表面特性是影響其工作壽命及加工性能的決定性因素。根據(jù)薄膜表面質(zhì)量和結(jié)構(gòu)成分的不同，CVD金剛石薄膜可被分為微米金剛石薄膜(Microcry stal IineDiamondFi lms，MO))和納米金剛石薄膜(NanocrystalIineDiamondFi Ims，NCD) JCD薄膜是由微米級柱狀多晶金剛石晶粒組成的，具有非常優(yōu)異的耐磨性，并且與刀具基體之間具有良好的附著強度，這能夠大幅提高涂層刀具的工作壽命。然而，MCD薄膜表面的金剛石晶粒粗大、不均勻，薄膜表面較為粗糙，且無法進行表面拋光處理。在加工過程中，金剛石晶粒尖銳的棱角會導(dǎo)致加工過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成金剛石晶粒沿晶界斷裂，最終導(dǎo)致薄膜脫落而使刀具失效。此外，MCD粗糙的表面會導(dǎo)致刀具與工件材料接觸時產(chǎn)生較大的磨損以及較高的切削力，從而影響涂層刀具的工作壽命。
[0004]與M⑶薄膜相比，N⑶薄膜的晶粒尺寸一般小于lOOnm，表面光滑平整，具有良好的表面質(zhì)量，在獲得了良好的膜-基附著強度的同時，有效降低了金剛石涂層的表面粗糙度，提高了涂層刀具的切削性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:
一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法，其特征在于，銑刀包括刃部和柄部，刃部直徑范圍為0.01?3.175mm;所述刃部表面具有納米涂層，納米金剛石顆粒直徑范圍為20-500nm;包括如下步驟:
步驟一，刀具涂層的預(yù)處理，形成微孔結(jié)構(gòu)，微孔結(jié)構(gòu)的尺寸為20-200um;
步驟二，將微型銑刀裝入工裝中，再裝入沉積反應(yīng)室內(nèi)；
步驟三，將沉積反應(yīng)室抽真空，再向沉積反應(yīng)室通入甲烷、氫氣、氧氣、氬氣、乙烷等兩種氣體或多種氣體的混合物；
步驟四，在沉積反應(yīng)室中，沉積過程分為加熱期、成核期、納米涂層生長期、生長末期4個階段，4個階段采用不同的氣相沉積條件；
步驟五，在沉積的加熱器，反應(yīng)腔體溫度為500°C-1400 V ; 步驟六，反應(yīng)生成的金剛石涂層均勾包覆在銑刀刃部，厚度為20nm-100um;
步驟七，成品清潔，將完成涂層的刀具表面的可能殘余的石墨用負壓噴嘴吸除。
[0007]優(yōu)選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟一中刀具表面經(jīng)雙氧水在20攝氏度至80攝氏度腐蝕10分鐘至I小時，在硬質(zhì)合金基體材料表面形成微孔，再在乙醇、異丙醇、甘油、丙酮一種或多種混合溶液中超聲波清洗，在烘箱內(nèi)100-120 0C下烘干。
[0008]進一步地，優(yōu)選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟二中反應(yīng)室內(nèi)利用熱絲CVD在刀具刃部表層制備金剛石涂層，含碳氣源CH4、C2H6，C3H8在高溫下的真空腔體中分解離化后產(chǎn)生原子碳，含碳氣源組成為甲烷、氫氣和氮氣的混合氣體，其中CH4體積百分濃度為8%_13%，CH4/H2體積比為0.2-0.3，N2/H2體積比為0.2?0.4，反應(yīng)壓力為0.16-10kPa;同時，在沉積基體表面重新鍵合成納米金剛石(100)或(111)晶相結(jié)構(gòu)，并逐漸形成結(jié)晶的納米金剛石涂層；
進一步地，優(yōu)選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的熱絲CVD的溫度1800-2000°C，基體溫度為800-1000°C。
[0009]進一步地，優(yōu)選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟三中甲烷、氫氣及氧氣的體積百分比為(0.01%?20%): (70%?99.99%): (O?20%)。
[0010]進一步地，優(yōu)選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟五中加熱器的加熱絲選自鎢錸合金絲或鉭鈮絲，加熱絲的溫度為1500?2500°C。
[0011]本發(fā)明采取了上述方案以后，可在具有復(fù)雜形狀外表面的硬質(zhì)合金銑刀表面制備獲得一層均勻連續(xù)的納米CVD金剛石合涂層，該納米金剛石涂層具有優(yōu)異的膜-基附著強度、光滑平整的表面質(zhì)量、優(yōu)異的耐磨減摩及自潤滑特性，同時還具有內(nèi)應(yīng)力低、涂層厚度均勻等特點，從而讓刀具不同位置的涂層厚度約為6?8μπι。因此，在同等切削條件下，納米金剛石涂層銑刀的工作壽命可比硬質(zhì)合金銑刀提高8?10倍，在整個切削過程中涂層刀具表面無薄膜脫落現(xiàn)象，使得刀具的加工壽命更長、加工質(zhì)量更高，減少加工過程的換刀頻率，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
[0012]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述，以使得本發(fā)明的上述優(yōu)點更加明確。其中，
圖1是本發(fā)明微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的流程圖；
圖2是本發(fā)明微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的反應(yīng)室示意圖；
圖3是本發(fā)明微型銑刀納米金剛石涂層的具體實施例1的工藝條件；
圖4是本發(fā)明微型銑刀納米金剛石涂層的具體實施例2的工藝條件。
【具體實施方式】
[0014]以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0015]具體實施例1:
采用金剛石涂層設(shè)備進行制作，制備時，包括如下步驟:<