CN205223340U - 用于制作切削刀具表面的薄膜的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，包括镀膜室，镀膜室的底部设有旋转平台，该旋转平台上固定切削刀具，旋转平台带动切削刀具旋转，切削刀具具有需要镀膜的切削部；镀膜室的第一侧壁设置有阴极靶，阴极靶与待镀膜的切削部正对设置；镀膜室的第二侧壁和第三侧壁分别设置有惰性气体入口和反应气体入口，惰性气体入口和反应气体入口的位置方向正对，旋转平台与惰性气体入口和反应气体入口等距；惰性气体入口和反应气体入口分别设有质量流量控制器。本实用新型提供的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置减少了镀膜时大颗粒在切削刀具表面沉积，形成的硬质薄膜的表面粗糙度得到改善，且硬质薄膜的附着力得到提升。

Description

用于制作切削刀具表面的薄膜的装置

技术领域

本实用新型涉及刀具的表面处理设备，尤其涉及一种用于制作切削刀具表面的光滑耐磨薄膜的装置。

背景技术

现有技术中对硬质合金或金属陶瓷刀具表面采用化学沉积方法或物理气相沉积方法进行各种硬质涂层镀膜，以提高切削刀具的耐磨性。

物理气相沉积法有很多种实现方法，最常用的方法是多弧离子镀和溅射镀膜，各种方法各有优缺点，影响光洁度的最大因素是在薄膜沉积过程中所产生的大颗粒。大颗粒来源于蒸发源——阴极靶，是未电离的中性粒子团，与等离子一同喷发到基体上。这些大颗粒对一般的加工切削是不会带来很大影响，但是在加工不锈钢、铬镍铁合金、铝时，会使工件材料粘结在刀具表面形成积削瘤，给刀具带来损害。并且在使用切削速度较低的钻头进行切削加工时，大颗粒会使镀膜更容易发生破裂，从而影响刀具寿命。

根据加工工件和加工状况需求，近年来，通过各种的物理气相沉积法已开发出了耐磨性较强和光洁度较高的镀膜。这些方法普遍是使用特制的靶材来完成的，因此镀膜的生成成本大幅提高。并且，在镀膜的沉积过程中，同样会存在产生大颗粒的问题。

因此，人们希望能够使用普通的靶材，在切削刀具的表面形成耐磨性强且光洁度高的硬质薄膜。

实用新型内容

针对现有技术存在的以上问题，本实用新型提供了一种用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，使用该装置在切削刀具表面形成耐磨性强且光洁度高的硬质薄膜，不需要使用特制的靶材，节约了成本，该切削刀具特别适用于加工不锈钢、铬镍铁合金、铝。

为实现上述目的，本实用新型提供的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，采用如下技术方案：

用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，包括镀膜室，所述镀膜室连接有用于将所述镀膜室抽真空的真空系统，所述镀膜室的底部设有旋转平台，该旋转平台上固定切削刀具，所述旋转平台带动所述切削刀具旋转，所述切削刀具具有待镀膜的切削部；所述镀膜室的第一侧壁设置有阴极靶，所述阴极靶与所述待镀膜的切削部正对设置；所述镀膜室的第二侧壁和第三侧壁分别设有惰性气体入口和反应气体入口，所述惰性气体入口和反应气体入口的位置方向正对设置；所述旋转平台设置于所述惰性气体入口和反应气体入口之间，且与所述惰性气体入口和所述反应气体入口等距；所述惰性气体入口与惰性气体源连通，所述反应气体入口与反应气体源连通，所述惰性气体入口和所述反应气体入口分别设有质量流量控制器。

本实用新型提供的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置将阴极靶设置于镀膜室的底部，切削刀具设置于镀膜室的顶部，减少了镀膜时大颗粒在切削刀具表面沉积，通过控制反应气体和惰性气体的通入时间和气体流量，在切削刀具表面形成硬度逐渐增加的低硬度缓冲层、中硬度缓冲层、高硬度缓冲层，最后在高硬度缓冲层的表面形成硬质薄膜，形成的硬质薄膜的表面粗糙度得到改善，且硬质薄膜的附着力得到提升。

在本实用新型的一实施例中，所述切削刀具设置有多个，多个所述切削刀具与所述阴极靶的距离相同。

在本实用新型的一实施例中，所述真空系统包括机械泵和分子泵。

在本实用新型的一实施例中，所述镀膜室连接有加热装置和冷却装置。

在本实用新型的一实施例中，所述切削刀具为硬质合金制成的钻头、铣刀、铰刀。

有益效果：本实用新型提供的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置不需要使用特制的靶材，而是通过在切削刀具表面形成硬度逐渐增加的低硬度缓冲层、中硬度缓冲层、高硬度缓冲层，从而形成耐磨性强且光洁度高的薄膜，该切削刀具特别适用于加工不锈钢、铬镍铁合金、铝，使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中切削刀具的表面的薄膜的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

参阅图1，本实用新型提供了用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，其包括镀膜室100，镀膜室100连接有用于将镀膜室100抽真空的真空系统105，镀膜室100的底部设有旋转平台101，该旋转平台101上固定切削刀具，切削刀具为钻头、铣刀或铰刀等切削刀具，切削刀具的待镀膜的切削部作为基体107，旋转平台101带动切削刀具旋转；镀膜室100包括四个侧壁，其中第一侧壁设置有阴极靶106，阴极靶106与旋转平台101上固定的基体107正对设置；镀膜室100的第二侧壁和第三侧壁分别设置有惰性气体入口1031和反应气体入口1041，惰性气体入口1031和反应气体入口1041的位置方向为正对，旋转平台101设置于惰性气体入口1031和反应气体入口1041之间，与惰性气体入口1031和反应气体入口1041等距。惰性气体入口1031与惰性气体源103连通，反应气体入口1041与反应气体源104连通，惰性气体入口1031和反应气体入口1041分别设有质量流量控制器102。

参阅图2，在一实施例中，惰性气体是氩气，反应性气体是氮气，首先通入氩气在切削刀具需镀膜的表面205制作低硬度缓冲层201；接着通入氩气和氮气制作中硬度缓冲层202；然后通入氮气制作高硬度缓冲层203；最后在高硬度缓冲层203上进行镀膜工序，制作出总厚度为3μm的硬质薄膜204。本实用新型通过物理气相沉积的方法，在切削刀具上沉积氮化系硬质薄膜，氮化系硬质薄膜可以是TiN或者TiAlN系列薄膜。由于在低硬度缓冲层201、中硬度缓冲层202、高硬度缓冲层203的过渡下，硬质薄膜204的附着力得到了提升，并且硬质薄膜的表面粗糙度也得到了改善。

进一步地，在用于制作切削刀具表面的薄膜的装置中设置多个切削刀具，多个切削刀具与阴极靶的距离相同，可一次性完成多个切削刀具表面的硬质薄膜的制作，提高了工作效率。

本实施例的真空系统包括机械泵和分子泵，形成双级泵抽气系统。

本实施例中切削刀具为硬质合金制成的钻头、铣刀或铰刀等。

本实用新型提供的制作切削刀具表面的硬质薄膜的装置，能够通过惰性气体和反应气体制作低硬度缓冲层、中硬度缓冲层、高硬度缓冲层，使切削刀具表面的硬质薄膜粗糙度降低，耐磨性提高，表面质量更优秀，从而提高了钻头、铣刀、铰刀等切削刀具的质量和使用寿命，特别适用于加工用铬镍铁合金或者不锈钢等具有粘结凝焊性的材料。

制作切削刀具表面的薄膜时，具体步骤如下：

第一步，对镀膜室进行抽真空处理，然后通过加热装置将镀膜室内温度上升至工作温度450℃，并在工作温度下继续做抽真空处理，以确保镀膜室内的气体和水蒸气已空。

第二步，对基体进行离子清洗，使其表面粗糙度为0.01～0.07μm。离子清洗使用惰性气体或金属离子，其中惰性气体可以是用氩气，而金属离子则可使用金属元素表3B族到4A族中的一种或多种，其中最好使用Ti、Cr、Si、Zr、Y、V或Al中的一种。在离子清洗过程中，基体上应设置300～800V偏压，为制作低粗糙度薄膜，偏压应设置为50～200V，电流则为直流电流或交流脉冲整流电流。

第三步，制作低硬度缓冲层、中硬度缓冲层、高硬度缓冲层，依次通入惰性气体，惰性气体与反应气体，反应气体，并通过质量流量控制器控制通入时间和流量。

第四步，高硬度缓冲层制作完成后，在其上沉积氮化系硬质薄膜。

第五步，进入最后冷却工序。

切削刀具表面的薄膜制作完成后为了判断其表面质量，使用电子显微镜进行观察，使用原子力显微镜AFM检测其表面粗糙度，并通过肉眼判断其光洁度。

表1显示了镀膜工艺分别在20、30、40mtorr三种条件下进行，在相同参数下，通过本实用新型和以前的工艺(镀膜方式是通入惰性气体氩气制作低硬度缓冲层后，使用反应气体氮气制作高硬度缓冲层)制作样品进行比对。

表1

通过上述结果可知，样品1、2、3号为低/高硬度缓冲层工艺制作，原子力显微镜AFM测量其表面粗糙度值为0.07～0.09μm，而由低硬度缓冲层、中硬度缓冲层、高硬度缓冲层构成的薄膜，其表面粗糙度为0.023～0.051μm，粗糙度降低。而且，根据镀膜室的真空度变化，表面粗糙度也发生了变化。在高真空度下，能够获得表面质量更优秀的薄膜。而且，通过SEM观察样品表面质量，也得到了相同结果。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (5)

1.用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，包括镀膜室，所述镀膜室连接有用于将所述镀膜室抽真空的真空系统，其特征在于：所述镀膜室的底部设有旋转平台，该旋转平台上固定切削刀具，所述旋转平台带动所述切削刀具旋转，所述切削刀具具有待镀膜的切削部；所述镀膜室的第一侧壁设置有阴极靶，所述阴极靶与所述待镀膜的切削部正对设置；所述镀膜室的第二侧壁和第三侧壁分别设有惰性气体入口和反应气体入口，所述惰性气体入口和反应气体入口的位置方向正对设置；所述旋转平台设置于所述惰性气体入口和反应气体入口之间，且与所述惰性气体入口和所述反应气体入口等距；所述惰性气体入口与惰性气体源连通，所述反应气体入口与反应气体源连通，所述惰性气体入口和所述反应气体入口分别设有质量流量控制器。

2.根据权利要求1所述的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，其特征在于：所述切削刀具设置有多个，多个所述切削刀具与所述阴极靶等距。

3.根据权利要求1所述的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，其特征在于：所述真空系统包括机械泵和分子泵。

4.根据权利要求1所述的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，其特征在于：所述镀膜室连接有加热装置和冷却装置。

5.根据权利要求1所述的用于制作切削刀具表面的薄膜的装置，其特征在于：所述切削刀具为硬质合金制成的钻头、铣刀或铰刀。