專利名稱：微鉆針表面電鍍方法及其結(jié)構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與切削工具有關，特別是指一種微鉆針表面電鍍方法及其結(jié)構。
技術背景一般鉆針可區(qū)分為一柄部以及一刃部，柄部供工具機械夾持，刃部用于對工 件進行加工。由于刃部為進行鉆孔加工的主要部位，必需要具備相比于工件更高 硬度的機械性質(zhì)，以達到順利進行加工的目的。為提高鉆針的機械性質(zhì)，習知方式是采用電弧沉積(arc deposition)在鉆針表面 鍍上一層硬度較高的薄膜，以提高鉆針刃部表面的硬度。然而，若以電弧沉積(arc deposition)方式鍍膜，容易在鍍膜表面產(chǎn)生金屬液滴(metal droplet),致使鍍膜表面 不平滑。其中，金屬液滴的大小約介于0.7拜 2pm，對于一般的鉆針而言，由于 其刃徑較大，且對于鉆孔的精密度要求較低，金屬液滴對于一般鉆針的鉆孔的精 密度影響較小，且在摩擦系數(shù)的影響并不顯著，故金屬液滴所造成的影響尚在可 以容許的范圍內(nèi)。但是，若同樣以電弧沉積方式對微鉆針(micro drill)進行鍍膜， 同樣可以提高微鉆針刃部表面的硬度。但是，由于其刃徑較小約在3.175mm以下， 且鉆孔的精密度要求較高；金屬液滴則顯得過大，不但大幅降低精密度，且相對 鉆針的摩擦系數(shù)影響也大幅提高。故習用以電弧沉積(arc deposition)方式鍍膜并不 適用于微鉆針。為改善上述問題， 一般采用濺射沉積(sputterdeposition)的方式進行鍍膜，其能 夠使鍍膜的膜厚較為平均且不會形成金屬液滴，鍍膜表面較為平滑。其相比于電 弧沉積能夠降低摩擦系數(shù)，提高鉆孔的精密度以及速度。然而，在以濺射沉積方 式進行鍍膜前，若不在鉆針刃部表面預先制作一附著度高的鍵植層(under-layer)作 為底材，例如鈦氮化物(TiN)，則鍍膜會產(chǎn)生附著力不足較容易剝離的問題。此 種類型的微鉆針使用壽命較短，不能有效達到提升微鉆針機械性質(zhì)的目的，具有 機械性質(zhì)較差的缺點而有待改進。綜上所述，習用微鉆針表面鍍膜方法具有上述的缺點而有待改進。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種微鉆針表面電鍍方法及其結(jié)構，具有耐磨耗 以及提高加工精度的特色。為達到上述目的，本發(fā)明所提供的一種微鉆針表面電鍍方法，其特征在于包 含下列各步驟a)提供一微鉆針以及一真空腔，將所述微鉆針置于所述真空腔內(nèi)； b)以電弧沉積方式對所述微鉆針表面進行沉積，以形成一第一鍍膜層；C)以濺射沉 積方式對所述第一鍍膜層表面進行沉積，以形成一第二鍍膜層。上述本發(fā)明的技術方案中，步驟a)中的所述微鉆針，預先用超聲波去除表面油污并烘干水分后，再置于所述真空腔內(nèi)。上述本發(fā)明的技術方案中，步驟a)中的所述真空腔，具有一真空管路，以供 將所述真空腔抽成真空狀態(tài)。上述本發(fā)明的技術方案中，步驟a)中的所述真空腔，抽真空至8xl0-卞a。 上述本發(fā)明的技術方案中，步驟b)所述及的電弧沉積方式，為旋轉(zhuǎn)式電弧沉積。上述本發(fā)明的技術方案中，步驟b)的所述第一鍍膜層，其厚度在3nm以下。 上述本發(fā)明的技術方案中，步驟c)所述及的濺射沉積方式，為非平衡磁控濺 射沉積。上述本發(fā)明的技術方案中，步驟c)的所述第二鍍膜層，為以非導電性靶材進 行濺射沉積。上述本發(fā)明的技術方案中，步驟c)所述及的非導電性靶材，選自二硼化鈦、 三氧化二鋁以及氮化硼其中一種。上述本發(fā)明的技術方案中，步驟c)的所述第二鍍膜層，其厚度在3pm以下。一種以權利要求l所述電鍍方法制得的薄膜，其特征在于包含有 一微鉆針； 一第一鍍膜層，以電弧沉積方式形成于所述微鉆針表面； 一第二鍍膜層，以濺射 沉積方式形成于第一鍍膜層表面。所述第一鍍膜層的厚度在3pm以下。所述第二鍍膜層的厚度在3pm以下。所述第二鍍膜層為具有碳基、硼基、氮基或鈦基的合金。采用以上技術方案，本發(fā)明先以電弧沉積方式提供微鉆針刃部高硬度的機械 性質(zhì)，使其具有耐磨耗的特色，再以濺射沉積方式提供微鉆針刃部形成光滑表面， 可以減少不平滑面的形成，具有低摩擦系數(shù)的特色。由此，本發(fā)明相比于習用鍍 膜方式，能夠克服電弧沉積鍍膜表面粗糙以及濺射沉積鍍膜附著力不高的缺點， 并進一步提升微鉆針刃部的機械性質(zhì)，使微鉆針具有較高的穩(wěn)定性以及較長的使 用壽命。因此本發(fā)明能克服習用微鉆針的缺點，提供微鉆針高硬度、低摩擦系數(shù)、 高穩(wěn)定性的機械性質(zhì)，具有耐磨耗以及提高加工精度的特色。


圖1是本發(fā)明一較佳實施例的鍍膜流程圖； 圖2是本發(fā)明一較佳實施例的微鉆針的正面視圖； 圖3是本發(fā)明一較佳實施例的加工示意圖，其揭示真空腔的結(jié)構； 圖4是本發(fā)明一較佳實施例的局部放大圖，其揭示微鉆針刃部表面在鍍膜前 的狀態(tài)；圖5是本發(fā)明一較佳實施例的結(jié)構示意圖，其揭示微鉆針刃部表面經(jīng)過電弧 沉積處理后的狀態(tài)；圖6是本發(fā)明一較佳實施例的結(jié)構示意圖，其揭示微鉆針刃部表面經(jīng)過濺射 沉積處理后的狀態(tài)。
具體實施方式
為了詳細說明本發(fā)明的結(jié)構及所達到的功效，現(xiàn)舉以下較佳實施例并配合附 圖說明如下。如圖1 圖6所示，為本發(fā)明所提供的一種微鉆針表面電鍍方法及其結(jié)構的一較佳實施例，其鍍膜程序如下a) 首先，提供一微鉆針(micro drill) 10以及一真空腔20，將微鉆針10置于真 空腔20內(nèi)(如圖3所示)。其中，微鉆針10具有一柄部12以及一刃部14。微鉆針 10在放置入真空腔20前預先用超聲波去除表面油污，以提高離子在沉積時的附著 力。再烘干附著于微鉆針10的水分，防止微鉆針10沉積時形成氧化物，而在微 鉆針10表面形成凸起。真空腔20具有一真空管路22，以供將真空腔20抽成8x 10—3 Pa的真空狀態(tài)。b) 以電弧沉積(arcdeposition)方式對微鉆針I(yè)O表面進行沉積，以形成一第一鍍 膜層30。其中電弧沉積方式包含有陰極電弧沉積(cathodic arc d印osition)、過濾式 陰極電弧沉積(filtered cathodic arc deposition)以及旋轉(zhuǎn)式電弧沉積(steering arc deposition)。在上述電弧沉積方式中，以旋轉(zhuǎn)式電弧沉積所形成的薄膜硬度效果較 好。因此本實施例的電弧沉積方式選用旋轉(zhuǎn)式電弧沉積為例，并以導電性靶材對 微鉆針10表面進行電弧沉積，以形成第一鍍膜層30(如圖5所示)。第一鍍膜層30 的厚度為3pm。其中可預見的是，第一鍍膜層30在表面將具有數(shù)個金屬液滴形成 凸起，以旋轉(zhuǎn)式電弧沉積而言，其所形成的金屬液滴大小恰好在微鉆針可以容許 的范圍的上限值。c) 以濺射沉積(sputter deposition)方式對第一鍍膜層30表面進行濺射沉積，以 形成一第二鍍膜層40。濺射沉積方式包含直流濺射沉積(DC-diodeSputtering)、磁控濺射沉積(magnetron sputtering)、非平衡磁控濺射沉積(unbalanced magnetron sputtering)、高周波濺射沉積(ratio-frequency sputtering)以及反應性氣體濺射沉積 (reactive gas sputtering)。在上述濺射沉積方式中，由于非平衡磁控濺射沉積的工作距離較長，使靶材在濺射沉積時較為平均，進而能夠使鍍膜形成較為平滑的表面。 再者，以非平衡磁控濺射沉積方式進行濺射沉積時，不會受限于導電性靶材以及非導電性靶材的適用種類，具有較好的適用性。因此本實施例的濺射沉積方式選 用非平衡磁控濺射沉積為例。在靶材種類中，以非導電性靶材的硬度為最好，其 硬度由高到低的前三種依序分別為二硼化鈦(TiB2)、氮化硼(BN)以及三氧化二鋁 (A1203)。再者，若以離子的附著力考慮來選擇靶材，其中以含鈦(Ti)者為好，可以 提高離子的附著力，能進一步使離子較容易地進行附著。此外，非導電性靶材的 成本比導電性靶材低，具有降低成本的特色。本實施例選用二硼化鈦(TiB2)為靶材， 對微鉆針10的刃部14表面進行濺射沉積，以形成第二鍍膜層40(如圖6所示)， 第二鍍膜層40的厚度為3pm。經(jīng)實驗證明，當?shù)诙兡?0的鍍膜厚度為3nm 時較為適當。其中可預見的是，第二鍍膜層40在金屬液滴形成凸起處會形成較為 平坦的表面，能夠降低金屬液滴造成的影響，使第二鍍膜層40可以同時兼顧提高 機械性質(zhì)以及鉆孔作業(yè)在精密度上的要求，以取得較好的效果。第二鍍膜層40為 具有碳基(carbon畫base)、硼基(boron隱base)、氮基(nitrogen -base)或鈦基(titanic-base) 的合金。由此，本發(fā)明經(jīng)由上述步驟，其先對微鉆針刃部表面以電弧沉積(arc deposition) 方式處理，提供其較佳的硬度，接著，再以濺射沉積(sputterdeposition)的方式進行 鍍膜，能夠在微鉆針刃部形成光滑表面，以減少摩擦力的形成。其相比于習用方 法，能夠提供微鉆針高硬度、低摩擦系數(shù)、高穩(wěn)定性的機械性質(zhì)，具有耐磨耗以 及提高加工精度的特色。再者，習用微鉆針表面以濺射沉積鍍膜前，需要預先在微鉆針刃部表面制作 一附著度高的鍵植層(under-layer)的程序，以利于第二鍍膜層進行附著。本發(fā)明不 需預先制作鍵植層(under-layer)即可使第二鍍膜層進行附著，尤其以非導電性靶材 進行濺射沉積時，其附著度相比于習用預先制作鍵植層的方式更高，具有簡化濺 射沉積步驟的特色。此外，當選用硬度較高的非導電性靶材進行濺射沉積鍍膜時， 第二鍍膜層同樣可兼具有髙硬度、耐磨損的特色，能夠進一步提升微鉆針刃部的 機械性質(zhì)，延長微鉆針的使用壽命。經(jīng)由以上實施例可知，本發(fā)明經(jīng)由上述步驟，先以電弧沉積方式提供微鉆針 刃部高硬度的機械性質(zhì)，使其具有耐磨耗的特色，再以濺射沉積方式提供微鉆針刃部形成光滑表面，可以減少不平滑面的形成，具有低摩擦系數(shù)的特色。由此， 本發(fā)明相比于習用鍍膜方式，能夠克服電弧沉積鍍膜表面粗糙以及濺射沉積鍍膜 附著力不高的缺點，并進一步提升微鉆針刃部的機械性質(zhì)，使微鉆針具有較高的 穩(wěn)定性以及較長的使用壽命。當然，在實施上，本發(fā)明的微鉆針表面電鍍方法不 僅可以對鉆針刃部實施加工，也同樣適用于對整支鉆針進行加工。綜上所述，本發(fā)明在上述實施例中所揭示的構成組件及方法步驟，僅為舉例 說明，并不能用來限制本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求書為 準，其它等效組件或步驟的替代或變化，均應包含在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種微鉆針表面電鍍方法，其特征在于包含下列各步驟a)提供一微鉆針以及一真空腔，將所述微鉆針置于所述真空腔內(nèi)；b)以電弧沉積方式對所述微鉆針表面進行沉積，以形成一第一鍍膜層；c)以濺射沉積方式對所述第一鍍膜層表面進行沉積，以形成一第二鍍膜層。
2、 如權利要求1所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟a)中的所述微鉆針，預先用超聲波去除表面油污并烘干水分后，再置于所述真空腔內(nèi)。
3、 如權利要求1所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟a)中的所述 真空腔，具有一真空管路，以供將所述真空腔抽成真空狀態(tài)。
4、 如權利要求3所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟a)中的所述 真空腔，抽真空至8xl(^Pa。
5、 如權利要求1所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟b)所述的電 弧沉積方式，為旋轉(zhuǎn)式電弧沉積。
6、 如權利要求1所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟b)的所述第一鍍膜層，其厚度在3pm以下。
7、 如權利要求1所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟C)所述的濺射沉積方式，為非平衡磁控濺射沉積。
8、 如權利要求7所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟c)的所述第二鍍膜層，為以非導電性靶材進行濺射沉積。
9、 如權利要求8所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟c)所述的非導電性耙材，選自二硼化鈦、三氧化二鋁以及氮化硼其中一種。
10、 如權利要求1所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于步驟C)的所述 第二鍍膜層，其厚度在3nm以下。
11、 一種以權利要求l所述電鍍方法制得的薄膜，其特征在于包含有 一微鉆針；一第一鍍膜層，以電弧沉積方式形成于所述微鉆針表面； 一第二鍍膜層，以濺射沉積方式形成于第一鍍膜層表面。
12、 如權利要求ll所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于所述第一鍍膜層的厚度在3nm以下。
13、 如權利要求ll所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于所述第二鍍膜層的厚度在3pm以下。
14、如權利要求11所述的微鉆針表面電鍍方法，其特征在于所述第二鍍膜 層為具有碳基、硼基、氮基或鈦基的合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微鉆針表面電鍍方法及其結(jié)構，其包含下列各步驟a)提供一微鉆針以及一真空腔，將所述微鉆針置于所述真空腔內(nèi)；b)以電弧沉積方式對所述微鉆針表面進行沉積，以形成一第一鍍膜層；c)以濺射沉積方式對所述第一鍍膜層表面進行沉積，以形成一第二鍍膜層。由此，本發(fā)明提供了微鉆針高硬度、低摩擦系數(shù)、高穩(wěn)定性的機械性質(zhì)，具有耐磨耗以及提高加工精度的特色。
文檔編號C23C28/02GK101230459SQ20071000366
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月23日 優(yōu)先權日2007年1月23日
發(fā)明者周鐘霖, 黃續(xù)鐔 申請人:環(huán)宇真空科技股份有限公司