CN105385991A - 一种带镀层的钻头的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带镀层的钻头的制备方法，该方法的制备步骤如下：先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热；在氩气保护气氛下，真空沉积钨层；在氮气保护气氛下，进一步真空沉积铬氮层；在氮气保护气氛下，再进一步真空沉积钛氮层；在氮气保护气氛下，再进一步真空沉积硅铝氮层；自然冷却至室温，将钻头取出即可。本发明所制备的带镀层的钻头的显微硬度高达3100~3450HV，钢球磨损率为5.59×10-15~6.12×10-15？m3/mN，显示较高的硬度和耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于机加工工具领域，尤其涉及一种带镀层的钻头的制备方法。
背景技术
钻头是电钻中必不可少的部件之一。目前的钻头材料主要是硬质合金和高速钢。硬质合金材料具有硬度高、耐磨，但是在加工过程中，钻头易出现折断或者磨损过大等现象而需要不断更换，进而增加了加工成本；此外钻头磨损也是影响加工效率的主要因素。因此，需要一种硬度、耐磨性好和韧性都到一种平衡的钻头来适应更好的应用需求，以适应更加苛刻的环境使用。
发明内容
要解决的技术问题是：为了解决上述问题的至少一种，提供以一种高硬度且耐磨的带镀层的钻头的制备方法。
技术方案：为了解决上述问题，本发明提供了一种带镀层的钻头的制备方法，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至550~750℃；
（3）在氩气保护气氛下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，进一步真空沉积铬氮层；
（5）在氮气保护气氛下，在步骤（4）的基础上，再进一步真空沉积钛氮层；
（6）在氮气保护气氛下，在步骤（5）的基础上，再进一步真空沉积硅铝氮层；
（7）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
所述步骤（1）中的钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为60~70℃，5%的硝酸溶液中，处理2~3min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为45~50℃，处理6~10min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用。
所述步骤（2）中的真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃。
所述步骤（3）中的真空沉积条件为：气压为0.05~0.09Pa，电压为-1300~-1800V。
所述步骤（4）中的真空沉积条件为：气压为0.4~0.9Pa，电压为-180~-300V。
所述步骤（5）中的真空沉积条件为：气压为0.2~0.6Pa，电压为-600~-800V。
所述步骤（6）中的真空沉积条件为：气压为0.2~0.5Pa，电压为-150~-250V。
本发明具有以下有益效果：本发明所制备的带镀层的钻头的显微硬度高达3100~3450HV，钢球磨损率为5.59×10-15~6.12×10-15m3/mN，显示较高的硬度和耐磨性；而对比例1和对比例2的显微硬度分别降低至1860HV和1950HV，此外钢球磨损率均提高了接近一个数量级，分别达到8.16×10-14m3/mN和7.42×10-14m3/mN，这说明在钻头的基层表面分别真空沉积铬氮层、钛氮层和硅铝氮层对最终的钻头硬度和磨损性均有一定影响，缺一不可，三层相互配合，可提供更高的硬度和耐磨性。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种带镀层的钻头的制备方法，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；其中，所述钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为60℃，5%的硝酸溶液中，处理2min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为45℃，处理6min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至550℃，所述真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃；
（3）在氩气保护气氛下，在气压为0.05Pa，电压为-1300V条件下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，进一步真空沉积铬氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.4Pa，电压为-180V；
（5）在氮气保护气氛下，在步骤（4）的基础上，再进一步真空沉积钛氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.2Pa，电压为-600V；
（6）在氮气保护气氛下，在步骤（5）的基础上，再进一步真空沉积硅铝氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.2Pa，电压为-150V；
（7）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
实施例2
一种带镀层的钻头的制备方法，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；其中，所述钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为65℃，5%的硝酸溶液中，处理2min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为48℃，处理8min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至650℃，所述真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃；
（3）在氩气保护气氛下，在气压为0.07Pa，电压为-1500V条件下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，进一步真空沉积铬氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.6Pa，电压为-210V；
（5）在氮气保护气氛下，在步骤（4）的基础上，再进一步真空沉积钛氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.4Pa，电压为-680V；
（6）在氮气保护气氛下，在步骤（5）的基础上，再进一步真空沉积硅铝氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.3Pa，电压为-190V；
（7）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
实施例3
一种带镀层的钻头的制备方法，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；其中，所述钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为65℃，5%的硝酸溶液中，处理3min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为48℃，处理8min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至650℃，所述真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃；
（3）在氩气保护气氛下，在气压为0.07Pa，电压为-1650V条件下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，进一步真空沉积铬氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.7Pa，电压为-240V；
（5）在氮气保护气氛下，在步骤（4）的基础上，再进一步真空沉积钛氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.4Pa，电压为-700V；
（6）在氮气保护气氛下，在步骤（5）的基础上，再进一步真空沉积硅铝氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.4Pa，电压为-200V；
（7）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
实施例4
一种带镀层的钻头的制备方法，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；其中，所述钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为70℃，5%的硝酸溶液中，处理3min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为50℃，处理10min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至750℃，所述真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃；
（3）在氩气保护气氛下，在气压为0.09Pa，电压为-1800V条件下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，进一步真空沉积铬氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.9Pa，电压为-300V；
（5）在氮气保护气氛下，在步骤（4）的基础上，再进一步真空沉积钛氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.6Pa，电压为-800V；
（6）在氮气保护气氛下，在步骤（5）的基础上，再进一步真空沉积硅铝氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.5Pa，电压为-250V；
（7）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
对比例1
一种带镀层的钻头的制备方法，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；其中，所述钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为60℃，5%的硝酸溶液中，处理2min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为45℃，处理6min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至550℃，所述真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃；
（3）在氩气保护气氛下，在气压为0.05Pa，电压为-1300V条件下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，真空沉积硅铝氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.2Pa，电压为-150V；
（5）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
对比例2
一种带镀层的钻头的制备方法，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；其中，所述钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为60℃，5%的硝酸溶液中，处理2min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为45℃，处理6min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至550℃，所述真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃；
（3）在氩气保护气氛下，在气压为0.05Pa，电压为-1300V条件下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，真空沉积钛氮层，所述真空沉积条件为：气压为0.2Pa，电压为-600V；
（5）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
性能测试
下面对实施例和对比例所制备的带镀层的钻头进行机械性能测试，具体测试结果如下表所示：
由此可知，实施例1~4所制备的带镀层的钻头的显微硬度高达3100~3450HV，钢球磨损率为5.59×10-15~6.12×10-15m3/mN，显示较高的硬度和耐磨性；而对比例1和对比例2的显微硬度分别降低至1860HV和1950HV，此外钢球磨损率均提高了接近一个数量级，分别达到8.16×10-14m3/mN和7.42×10-14m3/mN，这说明在钻头的基层表面分别真空沉积铬氮层、钛氮层和硅铝氮层对最终的钻头硬度和磨损性均有一定影响，缺一不可，三层相互配合，可提供更高的硬度和耐磨性。
Claims (7)
1.一种带镀层的钻头的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）先去除钻头表面的杂质和油污，烘干待用；
（2）将钻头装入电镀设备中，抽真空并加热至550~750℃；
（3）在氩气保护气氛下，真空沉积钨层；
（4）在氮气保护气氛下，在步骤（3）的基础上，进一步真空沉积铬氮层；
（5）在氮气保护气氛下，在步骤（4）的基础上，再进一步真空沉积钛氮层；
（6）在氮气保护气氛下，在步骤（5）的基础上，再进一步真空沉积硅铝氮层；
（7）自然冷却至室温，将钻头取出即可。
2.根据权利要求1所述的一种带镀层的钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的钻头表面杂质去除的具体步骤为：先将钻头置于温度为60~70℃，5%的硝酸溶液中，处理2~3min；然后置于酒精和氢氧化钠的混合液中，所述酒精与氢氧化钠的质量比为10:1，控制混合液溶液的温度为45~50℃，处理6~10min；用去离子水清洗表面，用红外灯照射干燥后待用。
3.根据权利要求1所述的一种带镀层的钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的真空度为3×10-3Pa，所述加热温度为540℃。
4.根据权利要求1所述的一种带镀层的钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的真空沉积条件为：气压为0.05~0.09Pa，电压为-1300~-1800V。
5.根据权利要求1所述的一种带镀层的钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的真空沉积条件为：气压为0.4~0.9Pa，电压为-180~-300V。
6.根据权利要求1所述的一种带镀层的钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中的真空沉积条件为：气压为0.2~0.6Pa，电压为-600~-800V。
7.根据权利要求1所述的一种带镀层的钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中的真空沉积条件为：气压为0.2~0.5Pa，电压为-150~-250V。
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