[發明專利]微型刀具上制備復合硬質涂層的方法及微型刀具

無效

• 申請號: 201110167175.8
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102230156A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 羅春峰;陳成;屈建國
• 申請（專利權）人: 深圳市金洲精工科技股份有限公司
• 主分類號: C23C14/22
• 分類號: C23C14/22;B23B27/00
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 田夏

技術領域

本發明涉及PCB微型刀具表面改性技術領域，特別涉及一種在微型刀具上制備復合硬質涂層的方法及微型刀具。

背景技術

微型刀具可用于加工印制電路板(以下簡稱PCB)。PCB是由基板、銅箔和粘合劑壓合而成的覆銅板，而基板是由高分子合成樹脂和增強材料組成的絕緣層板，因而PCB微型刀具主要的加工對象是銅箔、樹脂及增強材料。當采用PCB微型刀具加工印制電路板時，存在一些問題。

首先，印制電路板中含有大量的樹脂和增強材料，印制電路板的硬度和強度高，普通的微型刀具在加工印制電路板的過程中磨損速度快，磨損量大，刀具的壽命短；其次，微型刀具加工印制電路板時，切屑容易堵塞在刀具的排屑槽內，造成排塵不良，會嚴重降低印制電路板的孔壁質量；再次，印制電路板中含有銅箔，PCB微型刀具加工印制電路板時，銅屑易粘在PCB微型刀具的刃口上，在刃口形成積屑瘤，也會嚴重降低PCB微型刀具加工印制電路板的質量。

為了提高PCB微型刀具的壽命及其加工印制電路板的質量，國內外很多企業都對微型刀具進行表面改性處理，如化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)等。化學氣相沉積(CVD)是利用氣相物質在工件表面的化學反應形成固態薄膜的工藝方法，如直流輝光放電等離子體CVD、射頻輝光放電等離子體CVD、電子回旋CVD等；物理氣相沉積(PVD)是在真空條件下，利用物理方法，將沉積物材料氣化為原子、分子或離子化為離子，直接沉積到基體表面的方法，如離子束沉積法。

然而將常規刀具涂層制備工藝直接轉移到微型刀具時，制備出的涂層與微型刀具基體的結合力低，涂層易脫落而失去了保護作用，導致刀具性能仍不夠好，使用壽命也仍較短，這在PCB微型刀具上體現的尤其明顯。

常規涂層與微型刀具基體的結合力差，為了提高涂層與基體的結合力，在涂層制備之前，均會采用刻蝕工藝提高涂層的結合力。比如電弧離子鍍采用鈦離子轟擊凈化提高涂層與基體的結合力，工作偏壓800-1000V，高能量、高密度的鈦離子到達工件的主要是濺射作用，濺射作用大于沉積作用不會形成膜，可以形成“偽擴散層”，金屬原子質量大，濺射凈化效果好。另外，磁控濺射采用氬離子轟擊凈化，向真空腔室充入氬氣，真空保持在1-3Pa，轟擊電壓1000-3000V，發生輝光放電，產生氬等離子體轟擊凈化刀具基體。無論采用鈦離子轟擊或是氬離子轟擊，離子能量均在幾百到一千電子伏特，離子能量不足，不能完全清除基體表面的雜質，因而制備的涂層與基體的結合力仍然不夠好，特別是在微型刀具上沉積涂層時，容易出現涂層脫落，露出硬質合金基體，即不能充分發揮涂層的耐磨保護作用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種使用壽命較長的微型刀具上制備復合硬質涂層的方法及微型刀具。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種微型刀具上制備復合硬質涂層的方法，包括以下步驟：

A：對微型刀具待加工表面進行涂層前預處理；

B：對微型刀具待加工表面進行金屬離子注入處理；

C：對微型刀具待加工表面進行硬質涂層沉積處理。

所述的步驟C中，硬質涂層沉積采用真空電弧沉積技術實現。

進一步的，步驟C中，硬質涂層沉積還可采用磁過濾脈沖陰極真空電弧沉積技術實現。其中，所述的磁過濾脈沖陰極真空電弧沉積技術是利用陰極真空電弧放電產生的等離子體，采用彎曲的磁場引導等離子體的運動，使得陰極真空電弧放電產生的等離子體到達視線以外的靶室中，同時過濾掉弧放電產生的液滴和大顆粒，實現優質薄膜的沉積。采用磁過濾脈沖陰極真空電弧沉積技術可以產生硬度更高、密度更大、更純凈的薄膜。

所述的步驟B中的金屬離子注入處理所采用的金屬為第IVA族元素、第VA族元素、第VIA族元素或其合金。

所述的步驟B中的金屬離子注入處理所采用的金屬為鈦、鉻、鋁或其合金。在經過了多次的實驗后，選用這幾種金屬進行金屬離子注入的效果最好。

所述步驟B中，離子注入的能量區間為三千電子伏特-一萬五千電子伏特。

所述的步驟C中，在微型刀具表面進行的硬質涂層沉積處理時，采用高純鈦靶作為陰極靶材，在真空腔室中通有氮氣，以在刀具表面結合生產TiN涂層。

所述的步驟C中，在微型刀具表面進行的硬質涂層沉積處理時，采用原子比為50∶50的鈦鋁合金靶作為陰極靶材，在真空腔室中通有氮氣，以在刀具表面結合生產TiAlN涂層。

所述的步驟A中對微型刀具待加工表面進行涂層前預處理的步驟包括以下步驟：