一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法
【專利摘要】一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，涉及微型銑刀。將PCB微型銑刀裝入工裝中，再裝入沉積反應(yīng)室內(nèi)；將沉積反應(yīng)室抽真空，再向沉積反應(yīng)室通入甲烷（CH4）、氫氣及氧氣3種氣體；向安裝在沉積反應(yīng)室內(nèi)的加熱絲通入直流電弧；在沉積反應(yīng)室中，沉積過(guò)程分為加熱期、成核期、亞微晶生長(zhǎng)期、超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)末期5個(gè)階段，5個(gè)階段采用不同的氣相沉積條件；其中，亞微晶生長(zhǎng)期與超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期可循環(huán)發(fā)生，循環(huán)發(fā)生次數(shù)為N（N≥1）次，形成金剛石亞微晶與超細(xì)納米晶復(fù)合涂層?？筛L(zhǎng)時(shí)間保持刃口的鋒利，明顯改善加工效果，延長(zhǎng)刀具使用壽命，減少換刀頻率，提高加工效率，降低加工成本。
【專利說(shuō)明】一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型銑刀，尤其是涉及主要用于印刷電路板的一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]印刷電路板(PCB,Printed Circuit Board)是一種以印刷或影像轉(zhuǎn)移技術(shù)制作的電路產(chǎn)品。在現(xiàn)代社會(huì)的各類產(chǎn)品中，大到電腦、電視，小到手機(jī)、IC卡，只要產(chǎn)品中有電路，就有印刷電路板的存在。伴隨著歐盟RoHS (電氣、電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令)的實(shí)施，環(huán)保型PCB版在RoHS的要求下發(fā)生了巨大變化。全球的PCB行業(yè)進(jìn)入了無(wú)鉛兼容和無(wú)鹵素環(huán)保時(shí)代，但為了保證尺寸的穩(wěn)定性，印刷電路板中經(jīng)常加入鋁、鋇、硅、鎂等氧化物填料，增加了印刷電路板的加工難度，這就對(duì)PCB微型銑刀提出了新的更高的要求。一般的硬質(zhì)合金微型銑刀很難達(dá)到加工要求，但涂層銑刀完全有可能達(dá)到。
[0003]涂層刀具是在刀具基體上涂敷一層耐磨涂層，涂層作為熱屏障和化學(xué)屏障，能夠減少刀具和工件材料元素的相互擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)降低二者的摩擦系數(shù)，從而提高刀具的使用壽命。金剛石涂層具有高硬度、高熱導(dǎo)率、低摩擦系數(shù)、低膨脹系數(shù)和高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，是作為刀具耐磨涂層的理想材料。CVD金剛石涂層刀具的制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低，切削時(shí)可比未涂層硬質(zhì)合金刀具提高3?5倍壽命以上，提高20%?70%切削速度。CVD金剛石涂層技術(shù)的真正優(yōu)勢(shì)是在復(fù)雜形狀金剛石涂層刀具的開發(fā)應(yīng)用，但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)于復(fù)雜形狀金剛石涂層刀具的研究尚處于起步階段，一些問(wèn)題還沒(méi)有得到很好的解決。一方面，金剛石涂層在基體上的附著力較差，沒(méi)有發(fā)揮金剛石涂層耐磨性能；另一方面，金剛石涂層晶粒較粗大，表面光潔度不好，沒(méi)有達(dá)到工件加工要求。
[0004]中國(guó)專利CN102650053A公開一種復(fù)雜形狀CVD金剛石/類金剛石復(fù)合涂層刀具的制備方法。采用熱絲CVD法.在刀具表面沉積一層MCD薄膜，在沉積過(guò)程中采用負(fù)偏壓產(chǎn)生離子轟擊保證MCD薄膜具有光滑表面；隨后繼續(xù)沉積一層DLC薄膜，在初始階段，用正負(fù)脈沖離子電源對(duì)涂覆了 MCD薄膜的刀具表面進(jìn)行離子轟擊，以清除刀具表面的雜質(zhì)，并去除涂層表面尖銳的晶粒棱角，增加涂層平整度，提高涂層表面活性，達(dá)到增強(qiáng)層間附著強(qiáng)度的效果。采用該發(fā)明的制備方法能夠在具有復(fù)雜形狀表面的整體式硬質(zhì)合金刀具表面沉積獲得具有優(yōu)異膜-基附著強(qiáng)度、表面耐磨減摩及自潤(rùn)滑特性的CVD金剛石/類金剛石復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層還具有內(nèi)應(yīng)力低、表面光滑平整、厚度均勻等特點(diǎn)。
[0005]中國(guó)專利CN101824618A公開一種超硬類金剛石(DLC)基納米復(fù)合涂層印刷電路板(PCB)微鉆及其制備方法，在PCB微鉆上通過(guò)柱形靶電弧放電方法生成有由Ti/TiCN/TiCN-DLC/TiC-DLC依次構(gòu)成的多層梯度納米復(fù)合涂層。該發(fā)明制備的復(fù)合涂層與刀具基體具有良好的結(jié)合力、很高的硬度(42GPa)和良好的耐磨和潤(rùn)滑性能(摩擦系數(shù)小于0.15)?？朔?PCB微鉆加工過(guò)程中由于刀具表面潤(rùn)滑較差而導(dǎo)致排屑不暢的問(wèn)題，解決了加工過(guò)程中刀刃磨損嚴(yán)重而導(dǎo)致的切削力增大引起的微鉆斷裂問(wèn)題，可大幅度提高PCB微鉆的壽命和PCB的加工效率，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于為了克服難加工材料的加工難題，以及克服現(xiàn)有復(fù)雜形狀金剛石涂層刀具的不足，提供所形成的金剛石復(fù)合涂層的內(nèi)層為耐磨的亞微晶涂層、表切削難加工材料的金剛石復(fù)合涂層PCB微型銑刀的涂層制層為精細(xì)的納米晶涂層，從而使得該金剛石復(fù)合涂層PCB微型銑刀的加工性能更佳、加工壽命更長(zhǎng)的一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法。
[0007]本發(fā)明包括如下步驟:
[0008]I)將PCB微型銑刀裝入工裝中，再裝入沉積反應(yīng)室內(nèi)；
[0009]2)將沉積反應(yīng)室抽真空，再向沉積反應(yīng)室通入甲烷(CH4)、氫氣及氧氣3種氣體；
[0010]3)向安裝在沉積反應(yīng)室內(nèi)的加熱絲通入直流電?。?br> [0011]4)在沉積反應(yīng)室中，沉積過(guò)程分為加熱期、成核期、亞微晶生長(zhǎng)期、超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)末期5個(gè)階段，5個(gè)階段采用不同的氣相沉積條件；其中，亞微晶生長(zhǎng)期與超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期可循環(huán)發(fā)生，循環(huán)發(fā)生次數(shù)為N (NS I)次，形成金剛石亞微晶與超細(xì)納米晶復(fù)合涂層。
[0012]在步驟I)中，所述PCB微型銑刀可采用WC-Co硬質(zhì)合金PCB微型銑刀，所述PCB微型銑刀的刃徑范圍可為0.01?3.175mm。
[0013]在步驟2)中，所述甲烷、氫氣及氧氣的體積百分比可為(0.01%?20%): (70%?99.99%): (O ?20%)。
[0014]在步驟3)中，所述加熱絲可 選自鎢絲或鉭絲等，加熱絲的溫度可為1500?24000C ;所述直流電弧的電流可為100?200A。
[0015]在步驟4)中，所述不同的氣相沉積條件如下:
[0016]加熱期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?10%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度25?100CTC、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?3h ;
[0017]形核期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?10%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度600?100CTC、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?5h ;
[0018]亞微晶生長(zhǎng)期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?20%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度600?1000°C、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?2Oh ;
[0019]超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?20%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度600?1000°C、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?2Oh ;
[0020]生長(zhǎng)末期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?20%、熱鎢絲溫度2700?1000°C、電弧電流200?50A、沉積室溫度1000?100°C、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?3h ;
[0021]所述亞微晶的平均晶粒大小可為0.5?10 μ m ;
[0022]所述超細(xì)納米晶的平均晶粒大小小于0.5 μ m ;[0023]所述金剛石亞微晶與超細(xì)納米晶復(fù)合涂層由亞微晶和超細(xì)納米晶金剛石涂層組成，所述金剛石亞微晶與超細(xì)納米晶復(fù)合涂層的層數(shù)至少為2層。
[0024]本發(fā)明利用鎢絲加熱，反應(yīng)氣體在熱燈絲的激活下，產(chǎn)生含碳基團(tuán)、過(guò)飽和的原子氫以及原子氧或羥基等，在一定的沉積溫度下含碳基團(tuán)流向微型銑刀基體表面，以SP3進(jìn)行脫氫和鍵和成金剛石結(jié)構(gòu)并轉(zhuǎn)化為金剛石晶粒。
[0025]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明對(duì)微型銑刀基體表面溫度、碳源氣體濃度、沉積反應(yīng)室壓力等涂層工藝參數(shù)控制在一定范圍之內(nèi)，采用多步沉積方法生產(chǎn)金剛石復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層內(nèi)層為亞微晶結(jié)構(gòu)的涂層，亞微晶涂層能夠有效提高刀具的耐磨性，表面為超細(xì)納米晶結(jié)構(gòu)的涂層，納米晶涂層能夠提高微型銑刀的表明光潔度，提高工件加工質(zhì)量，而且復(fù)合涂層能夠有效延緩裂紋的產(chǎn)生，在加工時(shí)，可更長(zhǎng)時(shí)間保持刃口的鋒利，明顯改善加工效果，延長(zhǎng)刀具使用壽命，減少換刀頻率，提高加工效率，降低加工成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明實(shí)施例所使用的金剛石涂層設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]參見(jiàn)圖1，采用金剛石涂層設(shè)備進(jìn)行制作，制備時(shí)，包括如下步驟:
[0030]步驟a.將PCB微型銑刀I裝入工裝2中；
[0031]步驟b.將裝有微型銑刀I的工裝2裝入沉積反應(yīng)室3內(nèi)；
[0032]步驟c.用真空泵4將沉積反應(yīng)室3抽至真空狀態(tài)；
[0033]步驟d.向沉積反應(yīng)室3通入甲烷(CH4)、氫氣(H2)及氧氣(O2) 3種氣體；其中，通入的甲烷、氫氣及氧氣的體積比為(0.1%-10%): (90%-99.99%): (0%-5%)；
[0034]步驟e.由電源5向安裝在沉積反應(yīng)室3內(nèi)的加熱絲通入直流電??；其中，加熱絲為鎢絲或鉭絲；加熱絲溫度為2000-2100°C ;施加的電弧電流為180A ；
[0035]步驟f.在沉積反應(yīng)室3中，沉積過(guò)程分為加熱期、成核期、亞微晶生長(zhǎng)期、超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)末期5個(gè)階段，5個(gè)階段采用不同的氣相沉積條件，以達(dá)到不同的金剛石復(fù)合涂層狀態(tài)，亞微晶生長(zhǎng)期與超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期可循環(huán)發(fā)生，循環(huán)發(fā)生次數(shù)為N (N≥ I)次，形成金剛石亞微晶與超細(xì)納米晶復(fù)合涂層；沉積反應(yīng)室的壓力為I-IOmbar ;沉積時(shí)間為 20h。
[0036]具體工藝條件如表I。
[0037]表I
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)將PCB微型銑刀裝入工裝中，再裝入沉積反應(yīng)室內(nèi)； 2)將沉積反應(yīng)室抽真空，再向沉積反應(yīng)室通入甲烷、氫氣及氧氣3種氣體； 3)向安裝在沉積反應(yīng)室內(nèi)的加熱絲通入直流電弧； 4)在沉積反應(yīng)室中，沉積過(guò)程分為加熱期、成核期、亞微晶生長(zhǎng)期、超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)末期5個(gè)階段，5個(gè)階段采用不同的氣相沉積條件；其中，亞微晶生長(zhǎng)期與超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期可循環(huán)發(fā)生，循環(huán)發(fā)生次數(shù)為N (N≥1)次，形成金剛石亞微晶與超細(xì)納米晶復(fù)合涂層。
2.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述PCB微型銑刀采用WC-Co硬質(zhì)合金PCB微型銑刀。
3.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述PCB微型銑刀的刃徑范圍為0.01?3.175mm。
4.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述甲烷、氫氣及氧氣的體積百分比為(0.01%?20%): (70%?99.99%): (O?20%)。
5.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述加熱絲選自鎢絲或鉭絲，加熱絲的溫度為1500?2400°C。
6.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述直流電弧的電流為100?200A。
7.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述不同的氣相沉積條件如下: 加熱期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?10%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度25?1000°C、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?3h ; 形核期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?10%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度600?1000°C、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?5h ; 亞微晶生長(zhǎng)期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?20%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度600?100CTC、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?20h ； 超細(xì)納米晶生長(zhǎng)期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?20%、熱鎢絲溫度1500?2700°C、電弧電流100?200A、沉積室溫度600?1000°C、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?2Oh ; 生長(zhǎng)末期:甲烷體積含量0.01%?20%、氫氣流量體積含量70%?99.9%、氧氣流量體積含量O?20%、熱鎢絲溫度2700?1000°C、電弧電流200?50A、沉積室溫度1000?100°C、沉積室壓力0.1?50mbar、沉積時(shí)間0.1?3h。
8.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述亞微晶的平均晶粒大小為0.5?10 μm。
9.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述超細(xì)納米晶的平均晶粒大小小于0.5 μm。
10.如權(quán)利要求1所述一種微型銑刀金剛石復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述金剛石亞微晶與超細(xì)納米晶復(fù)合涂層由亞微晶和超細(xì)納米晶金剛石涂層組成，所述金剛石亞微晶與 超細(xì)納米晶復(fù)合涂層的層數(shù)至少為2層。
【文檔編號(hào)】C23C16/27GK103436855SQ201310374649
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】盧志紅, 陳亞奮, 張守全, 魏祥源 申請(qǐng)人:廈門金鷺特種合金有限公司