CN213731875U - 具有多元素超硬涂层的pcb刀具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及具有多元素超硬涂层的PCB刀具，包括柄部、设置在柄部的一端部的刃部及形成在刃部表面的涂层，涂层包括形成在刃部表面的过渡涂层及形成在过渡涂层上的超硬涂层，超硬涂层为高熵合金的碳氮化物涂层。本实用新型的PCB刀具通过在刃部表面依次形成过渡涂层及高熵合金的碳氮化物涂层，过渡涂层有助于提高高熵合金的碳氮化物涂层的附着力，高熵合金的碳氮化物涂层能够增加PCB刀具的刃部的表面硬度，藉此保护PCB刀具的刃部，降低磨耗，同时也降低切削阻力与切削温度的功效，从而提高使用寿命与加工精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种切削印刷电路板的刀具，尤其涉及一种具有多元素超硬涂层的PCB刀具。
背景技术
目前已知的切削印刷电路板（Printed Circuit Board，以下简称PCB）刀具是由供CNC数字控制机床夹持的柄部和具有切削功能的刃部所构成，而刀具刃部的材料组成通常为钨钢，较佳的刀具则在钨钢刃部表面涂覆氮化钛(TiN)或氮化锆(ZrN)的硬质薄膜，以降低磨耗。但因PCB是由坚硬的玻璃纤维所编织而成，近来更因为「无卤素」的环保要求，以及因应第五代通讯(5G)高频传输需求目的而添加陶瓷粉(例如氢氧化镁、氢氧化铝、氧化硅等)进入电路板胶合树脂中，从而使钨钢刀具刃部在切削加工时容易造成冲击破坏而产生崩缺，而刀刃的崩缺钝化更导致切削阻力增加，同时使切削温度与刀刃附近温度大增，温度升高的结果将导致PCB板内的树脂与刃部产生氧化性化学反应，使镀膜涂层和崩缺的刃部劣化，如此产生恶性循环的雪崩效应，最后使得加工精度陡然下降、刀具寿命大幅缩短，甚至断刀而损毁电路板。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有的PCB刀具的弊端，提供一种使用寿命长且加工精度高的具有多元素超硬涂层的PCB刀具。
为解决以上技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
具有多元素超硬涂层的PCB刀具，包括柄部、设置在所述柄部的一端部的刃部及形成在所述刃部表面的涂层，所述涂层包括形成在所述刃部表面的过渡涂层及形成在所述过渡涂层上的超硬涂层，所述超硬涂层为高熵合金的碳氮化物涂层。
根据本实用新型的一些实施方面，所述高熵合金的碳氮化物涂层为钼铌钽钒钨的碳氮化物涂层。根据本实用新型的一些优选且具体实施方面，所述钼铌钽钒钨的碳氮化物涂层的化学组成原子百分比可以为钼3~12%、铌3~12%、钽3~12%、钒3~12%、钨3~12%、碳5~55%和氮5~55%。
根据本实用新型的一些实施方面，所述超硬涂层的厚度为50~2000纳米。优选地，所述超硬涂层的厚度为500~1500纳米。
根据本实用新型的一些实施方面，所述过渡涂层为锆涂层、钛涂层或铬涂层。
根据本实用新型的一些实施方面，所述过渡涂层的厚度为20~500纳米。优选地，所述过渡涂层的厚度为100~400纳米。
根据本实用新型的一些实施方面，所述刃部为钨钢刃部。
根据本实用新型的一些实施方面，所述PCB刀具为PCB铣刀或PCB钻头。
根据本实用新型的一些实施例方面，当所述PCB刀具为PCB铣刀时，所述柄部为钨钢柄部；当所述PCB刀具为PCB钻头时，所述柄部为不锈钢柄部。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
本实用新型的PCB刀具通过在刃部表面依次形成过渡涂层及高熵合金的碳氮化物涂层，过渡涂层有助于提高高熵合金的碳氮化物涂层的附着力，高熵合金的碳氮化物涂层能够增加PCB刀具刃部的表面硬度，藉此保护PCB刀具的刃部，降低磨耗，同时也降低切削阻力与切削温度的功效，从而提高使用寿命与加工精度。
本实用新型的PCB刀具使用的高熵合金的碳氮化物涂层相比现有的氮化钛或氮化锆具有更高的硬度，能更进一步降低刃部的磨耗与切削温度，达到提升刀具寿命与加工精度的目的。且该PCB刀具结构简单、实用性高。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的PCB刀具的刃部的局部剖面放大结构示意图；
图2为本实用新型一个实施例的PCB铣刀的结构示意图；
图3为本实用新型一个实施例的PCB钻头的结构示意图；
图中：1、柄部；2、刃部；3、过渡涂层；4、超硬涂层。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型做进一步描述：
参见图1~3所示的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，由柄部1与具有切削功能的刃部2所构成，刃部2设置在柄部1的一端部，刃部2的表面形成有涂层，该PCB刀具可以是PCB铣刀（如图2）或PCB钻头（如图3），刃部2为钨钢刃部，柄部1为钨钢或不锈钢柄部。
该涂层包括形成在刃部2表面的过渡涂层3及形成在过渡涂层3上的多元素超硬涂层4，既过渡涂层3直接形成在刃部2的表面，多元素超硬涂层4形成结合在过渡涂层3的表面，超硬涂层4为高熵合金(High-entropy alloy )的碳氮化物涂层，本例的过渡涂层3和超硬涂层4共同构成形成在刃部2表面的二层复合薄膜涂层。
该过渡涂层3的作用在于提高超硬涂层4的附着力，厚度可以是20~500纳米。以锆(Zr)涂层、钛(Ti)涂层或铬(Cr)涂层作为过渡涂层3，尤其作为高熵合金的碳氮化物涂层结合于钨钢刃部2表面的中介层，具有缓和内应力与增加附着力的作用，可以达到最佳的涂覆牢固性。
该高熵合金的碳氮化物涂层为钼铌钽钒钨的碳氮化物(MoNbTaVWCN)涂层，厚度可以为50~2000纳米。采用高熵合金(High-entropy alloy )钼铌钽钒钨的碳氮化物(MoNbTaVWCN)作为多元素超硬涂层4，由于高熵合金本身就具有高硬度、高强度与热稳定性的特性，并藉由碳与氮原子的掺入形成金属碳化物和氮化物或造成晶格变形，而进一步提高硬度，因此比一般已知的二元素硬化层如氮化锆(ZrN)、氮化钛(TiN)和氮化铬(CrN)具有更高的硬度。在切削时能减少钨钢刀具的磨耗，进而使切削温度降低，并达到提升刀具寿命与加工精度的目的。
该钼铌钽钒钨的碳氮化物(MoNbTaVWCN)涂层的化学组成原子百分比可以为钼3~12%、铌3~12%、钽3~12%、钒3~12%、钨3~12%、碳5~55%和氮5~55%。
在一个具体的实施例中，参见图2的PCB铣刀，该铣刀的长度为38mm，其具有直径为3.175mm且材质为钨钢的柄部1及设置在柄部1的一端部且直径为1.2mm的钨钢刃部2，在刃部2上形成涂层的方法可以采用具体如下步骤：
在刃部2表面形成涂层之前，将该PCB铣刀预先以超音波设备在清洁液中去除表面油污，再烘干附着于该PCB铣刀的水分，然后在真空镀膜设备中以电浆(plasma)清洗该PCB铣刀的表面，并以阴极电弧沉积(cathodic arc deposition)方式对PCB铣刀的刃部2进行表面涂覆。
具体涂覆的方式：先以阴极电弧沉积技术对刃部2涂覆过渡涂层3，使用的靶材可为锆(Zr)、钛(Ti)或铬(Cr)等金属，并且在真空度为0.2Pa，温度为450℃的环境下加入氩气进行真空镀膜，以在刃部2表面形成锆金属层、钛金属层或铬金属层作为过渡涂层3。该过渡涂层3的厚度可为20～500纳米，例如可以是厚度为300纳米的铬(Cr)涂层。
在刃部2表面完成过渡涂层3的涂覆后，再以相同的阴极电弧沉积技术在过渡涂层3表面涂覆多元素超硬涂层4，使用的靶材可为钼铌钽钒钨合金，并且在真空度为0.2Pa，温度为450℃的环境下加入氮气和乙炔进行真空镀膜，以在过渡涂层3表面形成超硬涂层4。该超硬涂层4的厚度可为50～2000纳米，例如可以是厚度为1100纳米且维克氏(Vicker’s，10g荷重)硬度为Hv4500的钼铌钽钒钨的碳氮化物(MoNbTaVWCN)涂层。
本例藉由该过渡涂层3与多元素超硬涂层4构成形成在PCB铣刀的刃部2表面的具有二层复合薄膜涂层，使得此实施例中的PCB铣刀的切削寿命可以达到氮化钛(TiN)涂层铣刀的1.6倍。
总之，上述以锆(Zr)涂层、钛(Ti)涂层或铬(Cr)涂层作为刃部2的钨钢和多元素超硬涂层4之间的中介层，具有缓和内应力与增加附着力的作用。再者，以此种高熵合金(High-entropy alloy )钼铌钽钒钨的碳氮化物(MoNbTaVWCN)作为多元素超硬涂层4，由于高熵合金本身就具有高硬度、高强度与热稳定性的特性，并藉由碳与氮原子的掺入形成金属碳化物和氮化物或造成晶格变形，而进一步提高硬度，因此比一般已知的二元素硬化层如氮化锆(ZrN)、氮化钛(TiN)和氮化铬(CrN)具有更高的硬度。在切削时能减少钨钢刀具的磨耗，进而使切削温度降低，并达到提升刀具寿命与加工精度的目的。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.具有多元素超硬涂层的PCB刀具，包括柄部、设置在所述柄部的一端部的刃部及形成在所述刃部表面的涂层，其特征在于：所述涂层包括形成在所述刃部表面的过渡涂层及形成在所述过渡涂层上的超硬涂层，所述超硬涂层为高熵合金的碳氮化物涂层。
2.根据权利要求1所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述高熵合金的碳氮化物涂层为钼铌钽钒钨的碳氮化物涂层。
3.根据权利要求1所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述超硬涂层的厚度为50~2000纳米。
4.根据权利要求3所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述超硬涂层的厚度为500~1500纳米。
5.根据权利要求1所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述过渡涂层为锆涂层、钛涂层或铬涂层。
6.根据权利要求1所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述过渡涂层的厚度为20~500纳米。
7.根据权利要求6所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述过渡涂层的厚度为100~400纳米。
8.根据权利要求1所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述刃部为钨钢刃部。
9.根据权利要求1~8中任一项权利要求所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：所述PCB刀具为PCB铣刀或PCB钻头。
10.根据权利要求9所述的具有多元素超硬涂层的PCB刀具，其特征在于：当所述PCB刀具为PCB铣刀时，所述柄部为钨钢柄部；当所述PCB刀具为PCB钻头时，所述柄部为不锈钢柄部。
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| CN202022684647.4U CN213731875U (zh) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | 具有多元素超硬涂层的pcb刀具 |
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|---|---|---|---|---|
| CN115226515A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-10-25 | 青岛征和工业股份有限公司 | 一种锯链刀齿及制备工艺 |
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2020
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