[發(fā)明專利]一種沖孔針頭表面多弧離子鍍摻雜鈦的類金剛石膜的方法

有效

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• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108330445B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 于翔;王彩萍;張月娟
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

本發(fā)明公開了一種沖孔針頭表面多弧離子鍍摻雜鈦的類金剛石膜的方法，屬于鍍膜工藝技術領域，該方法采用多弧真空離子鍍膜機在沖孔針頭上鍍含合金元素的類金剛石膜，首先對沖孔針頭進行打磨，之后超聲清洗，然后再放入多弧真空離子鍍膜機中進行鍍膜，申請人通過對鍍膜工藝大量摸索，優(yōu)化了鍍膜的工藝條件，降低了DLC薄膜的內應力并提高其熱穩(wěn)定性，提高材質的高溫強度，鋼的軟化程度減少，在高溫鍍膜后能在噴絲頭沖孔中保持其本征硬度。

技術領域

本發(fā)明屬于鍍膜工藝技術領域，具體涉及在沖孔針頭表面多弧離子鍍摻雜鈦的類金剛石膜的方法。

背景技術

成纖聚合物在溶劑中溶解成溶液，或將成纖聚合物切片在螺桿擠出機中加熱熔融成熔體，經紡前準備工序后入紡絲機，用紡絲泵(計量泵)將紡絲溶液或熔體定量、連續(xù)、均勻地從噴絲頭的細孔壓出，這種細流在水、凝固液或空氣中固化，生成初生纖維，此過程即纖維成形。噴絲頭是化學纖維紡絲機上的關鍵部件，上面有許多大小一致的微孔。由于化纖產品表面必須光滑，這就要求噴絲頭微孔內壁光潔度要高，因此，用于噴絲頭沖孔的碳鋼針頭這一部件表面的粗糙度必須低，否則會直接影響纖維的質量。目前所使用的碳鋼針頭存在一些迫切需要解決的問題：(1)在打孔過程中針頭與噴絲頭頻繁的碰撞會使得針頭受到擠壓甚至打斷；(2)打孔過程中，針頭表面受摩擦的作用會發(fā)生磨損。當出現上述問題時需要人工重新磨細或者更換，這樣會嚴重降低生產效率并導致生產成本的升高，直接影響工廠的經濟效益。為了化纖行業(yè)能夠進一步發(fā)展，目前需要改善碳鋼針頭的硬度與強度即耐磨性，與此同時還要具有很小的摩擦系數。

未鍍膜高速鋼針頭實際沖孔數目為2100孔，也就是一根高速鋼針頭只能完成一個噴絲頭的沖孔任務。噴絲頭沖孔期間中，針頭容易出現磨損磨斷現象，而針頭都是先通過數控磨針機打磨，再通過人工多次研磨拋光制成，最后通過數控測針機檢查針頭的形狀尺寸，十分費時費力。一旦磨斷，需要立即更換新的針頭并且制作備用針頭，影響訂單完成速度和效益。

由上可知，必須要對碳鋼針頭進行表面工程處理，常見的表面工程技術有表面淬火及化學熱處理、堆焊、熱噴涂、電鍍、氣相沉積，氣相沉積又包括化學氣相沉積(CVD)與物理氣相沉積(PVD)。化學氣相沉積目前主要有：常壓化學氣相沉積，超高真空化學氣相沉積，低壓化學氣相沉積，物理氣相沉積法主要有：真空蒸鍍，濺射鍍膜，電弧等離子體鍍膜等。上述表面工程技術中前三種方法耗能高，電鍍不僅耗能高而且會帶來污染，目前已被國家明令禁止，而氣相沉積具有低能耗，污染小，膜層均勻等特點。

近來新興的一種薄膜——類金剛石薄膜(DLC)，其是以sp2與sp3鍵的形式結合而成的一種亞穩(wěn)態(tài)材料，具有高硬度，高彈性模量，高熱導率，高化學穩(wěn)定性，低摩擦系數，低熱膨脹系數等性質，可以說是一種理想的膜層。對于類金剛石薄膜，由于其是非穩(wěn)態(tài)材料，內部存在較大的內應力，這會降低膜基結合強度；同時DLC薄膜在溫度達到350e以上時，會逐漸石墨化。

目前沉積DLC薄膜的主要方法是多弧離子鍍法，采用多弧真空離子鍍膜機，離子鍍是指在真空室中，利用氣體放電或被蒸發(fā)物質部分離化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質粒子轟擊作用的同時，將蒸發(fā)物或反應物沉積在基片上。多弧離子鍍有以下優(yōu)點：(1)離化率高，可達60％～80％；(2)蒸鍍速率快；(3)入射粒子能量高，形成的薄膜致密度高，附著性好，耐久性好；(4)從陰極直接產生等離子體，陰極靶可根據工件形狀在任意方向布置，可以使夾具大為簡化。

發(fā)明內容

為了克服背景技術所述的不足,本發(fā)明提供一種沖孔針頭表面多弧離子鍍摻雜鈦的類金剛石膜的方法，申請人通過對鍍膜工藝大量摸索，優(yōu)化了鍍膜的工藝條件，降低了DLC薄膜的內應力并提高其熱穩(wěn)定性，這樣使得材質的高溫強度好，鋼的軟化程度減少，因此在高溫鍍膜后能在噴絲頭沖孔中保持其本征硬度。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種沖孔針頭表面多弧離子鍍摻雜鈦的類金剛石膜的方法，所述方法包括以下步驟：