[發明專利]一種鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法

在審

• 申請號: 201710259878.0
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107245699A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 張鈞;王宇;劉巖;孫麗婷
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/34;C23C14/06;C23C14/54
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司21205
• 代理人: 趙越

技術領域

本發明涉及一種合金鉆頭的制備方法，特別是涉及一種鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法。

背景技術

多弧離子鍍是一種設有多個可同時蒸發的陰極蒸發源的真空物理氣相沉積技術，具有沉積速度快、膜層組織致密、附著力強、均勻性好等顯著特點。該技術適用于氮化物膜層的制備，并在TiN，(Ti,Al)N，(Ti,Cr)N，(Ti,Zr)N等氮化物膜層的制備方面獲得成功的應用。

而硬質反應膜與硬質合金基體的附著力較差是一個普遍的問題，盡管在硬質合金基體上采用多弧離子鍍技術制備的多組元氮化物反應膜層，附著力一般能夠達到70N-80N，仍難以滿足作為硬質合金鉆頭耐磨膜層的需要。

作為硬質反應膜，硬度無疑是一項重要指標。通常采用的氮化鈦膜層硬度可以在HV1600—2200之間，不僅硬度指標偏低，同時波動范圍較大，難以保證穩定性和可重復性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法，該方法采用多弧離子鍍技術制備鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的方法，確定了2個鋁鉻合金靶和2個鈦鉻合金靶作為陰極弧源靶；確定了一整套專門的鍍膜沉積工藝，使制備的鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭與未鍍膜的硬質合金鉆頭相比，具有附著力強、硬度高、使用壽命長的特點。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法，所述方法包括以下過程：

靶材的確定，采用2個鋁鉻合金靶和2個鈦鉻合金靶作為陰極弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的鍍膜室壁弧源位置，靶材純度均達到99.95%，鍍膜過程中一直保證4個弧源的同時啟動；

硬質合金鉆頭的選擇與前處理，選擇商用普通硬質合金鉆頭作為鍍膜基體，在放入鍍膜室進行鍍膜前，使用金屬洗滌劑對硬質合金鉆頭進行常規去油、去污處理，并進行表面精細拋光處理，最后分別用丙酮、乙醇進行超聲波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以備沉積；

硬質合金鉆頭的放置，保持硬質合金鉆頭處于4個陰極弧源靶所包圍的圓柱形區域內旋轉式工件架上，并且硬質合金鉆頭平放，垂直于園柱面，同時，硬質合金鉆頭尖端距離鍍膜室壁達到25厘米，在鍍膜過程中，一直保持工件架旋轉；

鍍膜工藝的確定，獲得鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭而采用的鍍膜工藝，當鍍膜室背底真空達到1×10^-3帕、溫度達到240~300℃時，將鍍膜室充入氬氣，使其壓強達到2×0^-1帕，啟動4個弧源，進行離子轟擊，弧電流分別置于55A，時間為15分鐘，轟擊偏壓從400V均速降低到300伏；降低偏壓至120V，保持4個弧源弧電流分別置于55A不變，進行過渡層沉積8~10分鐘；保持4個弧源弧電流分別置于55A、偏壓為120V不變，逐漸均勻降低氬氣流量，同時逐漸充入反應氣體N₂，保持鍍膜室真空度在（2.5±0.1）×10^-1 帕，直到50~55分鐘時，氬氣流量降為0，氮氣流量達到最大，鍍膜室真空度仍然為（2.5±0.1）×10^-1 帕。

所述的一種鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法，所述鋁鉻合金靶的鋁與鉻的原子百分比為55:45。

所述的一種鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法，所述鈦鉻合金靶的鈦與鉻的原子百分比為50:50。

所述的一種鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法，所述工件架旋轉轉速為6轉/分鐘。

沉積技術的確定，本發明確定多弧離子鍍作為制備鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備技術；

本發明的優點與效果是：

按照本發明所提出的鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備方法，可以獲得上述鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭，該鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭能夠保證高附著力（≥170N）、高硬度（≥HV4000），并具有使用壽命長的優點。

本發明確定了確定多弧離子鍍作為制備鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的制備技術，確定了靶材及電弧源數量，確定了硬質合金鉆頭的選擇與前處理，確定了硬質合金鉆頭的放置方式，確定了鍍膜工藝，從而保證了鈦鉻鋁氮化物鍍膜硬質合金鉆頭的表面膜層成分的連續變化，降低了膜層的內應力，從而保證了高附著力、高硬度、長使用壽命的同時實現，并具有良好的穩定性。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行詳細說明。