一種陶瓷刀具的表面改性方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技術(shù)對(duì)清洗過的刀具進(jìn)行表面改性。本發(fā)明所述等離子體在基體中的熱擴(kuò)散層深度大；在鍍膜過程中等離子體同時(shí)產(chǎn)生離子注入和氣相沉積效應(yīng)，并在沉積過程中還存在淬火效應(yīng)。
【專利說明】一種陶瓷刀具的表面改性方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷刀具的表面改性方法，具體涉及一種陶瓷刀具的PHEDP離子注入表面改性法，屬于陶瓷刀具的制備及機(jī)械加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前常用的金屬切削刀具表面改性工藝有物理氣相淀積(PVD)和化學(xué)氣相淀積(CVD)0其中，CVD法常用在耐高溫刀具基體(如硬質(zhì)合金刀具)上淀積薄膜，因?yàn)镃VD工藝需要在高溫(750?10(TC)下進(jìn)行，只有使用特殊前軀體才能降低反應(yīng)溫度，因此能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重。與CVD法相比，PVD法對(duì)環(huán)境友好，適合淀積三元和多元亞穩(wěn)定薄膜。淀積溫度低(180?500°C )，不會(huì)降低基體硬度，常用作導(dǎo)電性良好的金屬類刀具的表面改性。但是仍然存在薄膜與基體結(jié)合力不夠理想以及淀積速率太低的問題。
[0003]陶瓷具有高硬度和高溫強(qiáng)度、抗蠕變、高抗氧化性能和高溫化學(xué)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但其化學(xué)鍵局限，制備過程中容易出現(xiàn)微裂紋和缺陷，使表面表現(xiàn)斷裂敏感性，表現(xiàn)出低韌性、抗拉伸強(qiáng)度、低抗彎強(qiáng)度等缺點(diǎn)，材料可靠性和重現(xiàn)性差，磨損系數(shù)較高、磨損行為欠佳、抗熱震性能不足。同時(shí)，對(duì)于陶瓷刀具來說，由于大多數(shù)陶瓷刀具自身的非導(dǎo)電性，作為PVD工藝的沉積基體，難于施加負(fù)偏壓，因此PVD法對(duì)陶瓷刀具(尤其是非導(dǎo)電或者弱導(dǎo)電陶瓷刀具)基本上不可行。
[0004]本發(fā)明的目的旨在提供一種能夠提高陶瓷刀具涂層硬度、膜基結(jié)合強(qiáng)度的表面改性方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法能夠提高陶瓷刀具的韌性和耐磨性，增強(qiáng)膜基粘結(jié)能力。
[0006]本發(fā)明通過選擇合適的表面改性方法PHEDP方法，即脈沖高能量密度等離子體注入法，優(yōu)化注入工藝，對(duì)陶瓷刀具表面進(jìn)行改性，提高涂層的硬度，膜基的結(jié)合強(qiáng)度，改進(jìn)陶瓷刀具的切削性能。
[0007]PHEDP同軸槍是一種理想的復(fù)合表面處理技術(shù)，它同時(shí)兼具離子注入、物理氣相沉積和等離子體氮化等多種不同的以真空為基礎(chǔ)的表面處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。PHEDP同軸槍鍍膜系統(tǒng)包括3個(gè)部分:快速脈沖電磁進(jìn)氣閥，脈沖等離子體槍和真空反應(yīng)室。其工作原理是:鍍膜時(shí)，當(dāng)反應(yīng)室基底壓力低于10_3Pa時(shí)，在脈沖等離子體同軸槍內(nèi)外電極之間加載一個(gè)幾千伏的電壓。
[0008]用快速脈沖電磁進(jìn)氣閥控制進(jìn)入反應(yīng)室的工作氣體壓力，當(dāng)氣壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，將激發(fā)放電。放電將導(dǎo)致工作氣體和電極材料離子化為等離子體。然后等離子體在Lorentz力作用下，被加速到10?50km/s高的線速度。在加速過程的最后，在等離子體中幾乎沒有非離子化的原子，等離子體從同軸等離子體槍中噴出，轟擊到樣品表面，并可能在等離子體和基體材料之間發(fā)生一些特殊反應(yīng)。
[0009]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技術(shù)對(duì)清洗過的刀具進(jìn)行表面改性。
[0011]脈沖高能量密度等離子體槍起源于熱核聚變領(lǐng)域，是利用電磁加速機(jī)制，產(chǎn)生極高參數(shù)的定向噴射的短脈沖高能量密度等離子體(PHEDP)束。
[0012]通過PHEDP注入技術(shù)，陶瓷刀具的涂層硬度得以提高，膜基的結(jié)合強(qiáng)度增大，陶瓷刀具的切削性能得到改進(jìn)。
[0013]優(yōu)選地，所述PHEDP的等離子密度為114?1016cnT3，例如0.1 X 115Cm'
0.3 X 115Cm 3、0.9 X 1015cm 3、4 X 1015cm 3、9 X 115Cm 3、9.IX 115Cm 3、9.6 X 115Cm 3 等。
[0014]優(yōu)選地，所述PHEDP的電子溫度為15?16K,例如0.1 X 16K, 1.4 X 16K,2.2X 106Κ、3.5Χ 106Κ、4.7Χ 106Κ、5.6Χ 106Κ、6.5Χ 106Κ、7.4Χ 16K,8.8X 16K,9.4Χ 16K
坐寸ο
[0015]優(yōu)選地，所述PHEDP的功能密度為15?16Wcm2,例如0.4X 16Wcm2,
1.7 X 16Wcm2,2.6 X 16Wcm2,4X 16Wcm2,6.5 X 16Wcm2,8.7 X 16Wcm2,9.1 X 16Wcm2 等。
[0016]優(yōu)選地，所述PHEDP的脈沖幅度為40?70 μ S，例如42 μ s、49 μ s、54 μ s、58 μ S、64 μ s、69 μ s 等,優(yōu)選 60 μ s。
[0017]優(yōu)選地，所述PHEDP的脈沖頻率為0.5?1.5X ΙΟΥ1例如0.6 X KT2S'
0.9XlOW 1.3X KT2S'1.4X 10? 等。
[0018]所述PHEDP的工作氣體為氮?dú)狻?br> [0019]優(yōu)選地，注入離子在陶瓷中的深度分布為50?300nm,例如52nm、57nm、61nm、64nm、69nm、73nm、78nm、95nm、105nm、126nm、152nm、179nm、186nm、206nm、247nm、252nm、280nm、296nm 等，優(yōu)選 100 ?200nm。
[0020]優(yōu)選地，所述陶瓷刀具在進(jìn)行離子注入前，先依次進(jìn)行拋光、研磨、清洗步驟。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0022]( I)等離子體在基體中的熱擴(kuò)散層深度大；
[0023](2)在鍍膜過程中等離子體同時(shí)產(chǎn)生離子注入和氣相沉積效應(yīng)，并在沉積過程中還存在淬火效應(yīng)。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下:
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明:
[0026]實(shí)施例1
[0027]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技術(shù)對(duì)清洗過的刀具(所述刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具)進(jìn)行表面改性；所述PHEDP的等離子密度為1016cnT3，電子溫度為15K,功能密度為16Wcm2，脈沖幅度為40 μ S，脈沖頻率為
1.5 X ΙΟ?工作氣體為氮?dú)狻?br> [0028]PHEDP離子注入后，陶瓷刀具的離子注入深度為300nm。
[0029]實(shí)施例2
[0030]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技術(shù)對(duì)清洗過的刀具(所述刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具)進(jìn)行表面改性；所述PHEDP的等離子密度為1014cm_3，電子溫度為16K,功能密度為15Wcm2，脈沖幅度為70 μ S，脈沖頻率為0.5 X ΙΟ?工作氣體為氮?dú)狻?br> [0031]PHEDP離子注入后，陶瓷刀具的離子注入深度為400nm。
[0032]實(shí)施例3
[0033]一種陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技術(shù)對(duì)清洗過的刀具(所述刀具為結(jié)晶氧化鋁和熱壓氮化硅陶瓷刀具)進(jìn)行表面改性；所述PHEDP的等離子密度為5 X 1015cm_3，電子溫度為0.5 X 16K,功能密度為0.6 X 16Wcm2,脈沖幅度為60 μ s，脈沖頻率為1.3 X KT2iT1，工作氣體為氮?dú)狻?br> [0034]PHEDP離子注入后，陶瓷刀具的離子注入深度為600nm。
[0035]應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿?xì)描述的本發(fā)明做出各種修改和改進(jìn)。因此，要求保護(hù)的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導(dǎo)的限制。
[0036] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)方法才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷刀具的表面改性方法，其特征在于，所述方法采用PHEDP技術(shù)對(duì)清洗過的刀具進(jìn)行表面改性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的等離子密度為114?1016cnT3。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的電子溫度為15?106K。
4.如權(quán)利要求1?3之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的功能密度為15?16Wcm2。
5.如權(quán)利要求1?4之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的脈沖幅度為40?70 μ s,優(yōu)選 60 μ S。
6.如權(quán)利要求1?5之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的脈沖頻率為0.5?1.5 X 10 2s 1O
7.如權(quán)利要求1?6之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的工作氣體為氮?dú)狻?br> 8.如權(quán)利要求1?7之一所述的方法，其特征在于，注入離子在陶瓷中的深度分布為50 ?300nm,優(yōu)選 100 ?200nm。
9.如權(quán)利要求1?8之一所述的方法，其特征在于，所述陶瓷刀具在進(jìn)行離子注入前，先依次進(jìn)行拋光、研磨、清洗步驟。
【文檔編號(hào)】C23C14/48GK104278247SQ201310294550
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李飛 申請(qǐng)人:無錫成博科技發(fā)展有限公司