[發明專利]鉆頭表面涂層及其加工工藝

有效

• 申請號: 201510271810.5
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN104846334B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 欒華健;金章斌;李海東;張超
• 申請（專利權）人: 蘇州阿諾精密切削技術有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及金屬加工技術領域，尤其是一種鉆頭表面涂層及其加工工藝。

背景技術

PVD技術于二十世紀七十年代由蘇聯科學家首先提出，主要原理是將一種物質轟擊成等離子狀態通過電場附著到需要鍍膜的工件上，生成的薄膜具有高硬度、低摩擦系數、耐磨性和化學穩定性等優點。由該工藝制造的一些涂層的醫療器械甚至能夠植入人體。

PVD隸屬于表面工程范疇，起步晚但是發展很快。最初在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業的高度重視，引領了刀具加工的革命。目前PVD逐漸滲入到機加工的各個行業，汽車零部件、模具、注塑擠出設備等，PVD技術大大提高了零件的使用壽命，是一個蓬勃發展的朝陽行業。

目前，在開發高性能、高可靠性涂層設備的同時，也在更加深入的研究在硬質合金、陶瓷類刀具中的涂層工藝。與傳統CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在550℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響；PVD薄膜內部應力狀態為壓應力，更適于對硬質合金精密復雜刀具的涂層；PVD工藝對環境幾乎沒有影響，符合國家提出的綠色環保可持續發展方向。

PVD技術不僅提高了薄膜與刀具基體材料的結合力，涂層成分也由第一代的TiN發展為TiC、TiCN、CrN、TiAlN、TiAlCN等。然而，傳統TiAlN涂層加工的中等硬度合金鋼制成的鉆頭的壽命一般在40米～60米之間，新型的含有TiAlSiCrN涂層加工的鉆頭的壽命可達到130米～150米之間，但是其成本要遠遠高于TiAlN。

因此，為解決上述問題，有必要提出進一步的解決方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉆頭表面涂層及其加工工藝，以克服現有技術中存在的不足。

為實現上述目的，本發明提供一種鉆頭表面涂層，其包括：打底層、主結構層、以及表層，所述打底層附著于所述鉆頭表面，所述主結構層位于所述打底層和表層之間；

所述打底層為Ti層，所述主結構層為TiAlN層，所述表層為Si層。

作為本發明的鉆頭表面涂層的改進，涂層表面維氏硬度Hv3000。

作為本發明的鉆頭表面涂層的改進，所述主結構層與表層的厚度比例為：2.5:1。

為實現上述目的，本發明還提供一種如上所述的鉆頭表面涂層的加工工藝，其包括如下步驟：

S1.裝載待加工的鉆頭，抽真空，使得鉆頭在真空環境下加熱；

S2.通入氬氣，利用輝光放電清洗AlTi靶材和Si靶材；

S3.通入氬氣，控制靶材電壓和電流，在偏壓形成的電場作用下，使離子轟擊所述鉆頭表面，對鉆頭表面進行清洗；

S4.向真空環境中通入氮氣，對所述鉆頭施加偏壓，提供Ti靶，對所述Ti靶施加相應電壓電流，使所述Ti靶離化出的離子吸附在所述鉆頭表面，形成打底層；

S5.調節通入氮氣的體積流量，調節施加在所述鉆頭上的偏壓，提供TiAl靶，對所述TiAl靶施加相應電壓電流，使所述TiAl靶離化出的離子吸附在所述打底層表面，形成主結構層；

S6.通入乙炔，并調節通入氮氣的體積流量，調節施加在所述鉆頭上的偏壓，提供Si靶，對所述Si靶施加相應電壓電流，使所述Si靶離化出來的離子吸附在外層表面，形成表層。

作為本發明的鉆頭表面涂層的加工工藝的改進，所述步驟S1中，所述真空環境的真空度大于1.0001mbar，所述加熱溫度控制在450～500℃。

作為本發明的鉆頭表面涂層的加工工藝的改進，所述步驟S2中，通入氬氣100sccm，偏壓500V，靶材電壓18V，電流100A。

作為本發明的鉆頭表面涂層的加工工藝的改進，所述步驟S3中，通入氬氣100sccm；靶材電壓18V，電流110A；控制偏壓600V，持續480s，并升至800V，持續480s。

作為本發明的鉆頭表面涂層的加工工藝的改進，所述步驟S4中，通入氮氣200sccm～350sccm；靶材電壓18V，電流180A；控制偏壓逐步降低，500V持續30s，200V持續30s，100V持續30s，80V持續30s，60V持續800s。

作為本發明的鉆頭表面涂層的加工工藝的改進，所述步驟S5中，通入氮氣400sccm；偏壓60V；靶材電壓15V，電流180A。

作為本發明的鉆頭表面涂層的加工工藝的改進，所述步驟S5還包括：提供TiAl靶持續1000s后，再提供Si靶，此時，靶材電壓15V～18V，電流300A～350A，持續約500s，在所述主結構層上形成過渡層。