TW512181B - A process for covering a film on the surface of the micro cutting router by coating super micro atomized multi-elements - Google Patents

Description

512181 五、發明說明（i) 本發明係關於利用低溫物理機射（physicai vap〇r 和1:’ PVD)、離子清洗、離子披覆之原理，將多 子顆粒披覆於微小銳刀表面上形成薄膜， 多元素披覆於微小銑刀。 反㈧；虱（N) 微小銑刀（r〇uter )常裝設於#戍 板clrcuit board，PCB)材料， 操作切削。在現代化的銑床操作工之 :切希求，業者更希望在不增加機器之二 ^能义講置機台的費用通常是成品製 ：最、 :二；此具有更高的切削性•、硬度更佳，耐磨G 么’哥命更長的微小銑刀，為電子PCB用的二更 所迫切需求’ &業界希望能在微小銑刀 ’業界 ，；：：：：品質更佳之鑛膜微小銑刀具有高 ;=ΐ去進而可增加進刀速度而增加切削的產能。 仁f /、業一直未能成功發展出一套製程在微小銑刀上 附者力佳之薄膜。本發明針對此問題努力研 ^ 微小銑刀上披覆一層超微細離子顆粒多元素薄膜。衣私在 利用物理濺射鍍膜，可在如碳化鴒' L 、 -„TlN, TlCN, ^ f, ΛΤ 的硬度、提高切削性能及使用壽命，但業界卻一曰 - 銑ί上鍍上附著力佳之薄膜。習知鍍膜之處理iii 、又空氣中清洗被鍍物，再將被鍍物置入真空 由、二 鐘膜，鍍膜進行中，亦沒有對㈣打出的離子= 1 第6頁 512181 五、發明說明（2) 裝置（ion assistant device)將其細化或其它將離子細 化的處理。鍍膜的後段程序，是在室溫自然冷卻被鐘物。 因被鍍物在空氣中冷卻，被鍍物表面上容易形成氧化物之 污染，所以習知之物理濺射（PVD)進行鍍膜，鍍著物質的 顆粒大、附著力低。被鍍物鍍膜後，表面硬度增加不夠 高、内部不夠韌，耐磨性增加亦有限，被鍵物的使用壽命 也增加不長，更重要的是無法於微小銑刀上鍍上附著力佳 之 >專膜。而習知知化學蒸著鍍膜（c h e m i c a丨v a ρ 〇 r deposit i〇n，CVD )多係在9 5 0 °C高溫處理，易導致被鍍物 韋刃性降低’硬度降低，也不適合應用於微小銑刀之鍍膜。 本發明的目的，是提供一種在微小銑刀表面鍍上

ZrxHf xCxNx多元素薄膜之製程，同時鍍著物質的顆粒小， 附^力佳，此鍍膜可用至刀具壽命結束仍未脫落，而且製 私犄間短’鑛膜後刀具的表面硬，内部韌，耐磨性增加 多、散熱佳、外觀尺寸不變，.且使用壽命增長。 ^因此本發明提供一種低溫物理濺射的程序，被鍵物在 空虱中以電子東清洗後，置入真空中，加溫，以離子清洗 f鍛物表面，然後在低溫進行覆膜。利用電弧離子裝置將 1¼，打出’並利用過濾網過濾出顆粒小的陽離子，同時 子，助裝置（ion assistant device)進一步將通過 :，陽離子進一步細化，所彼覆於被鍍物之元素物質的 都1 ’、’附著力大，因此被鍍膜後的刀具具有表面硬，内 ^ 4 ’因此切削速度提高、耐磨性提高、 精確、i：7T1 Aw τ 削抗折率提高，及使用壽命增長，同時繁程時門

第7頁 512181 五、發明說明（3) 縮短，克服習知PVD、CVD無法在微小銑刀上鍍上附著力 佳之薄膜的問題。 本發明之其他目的及功能藉由配合下列圖式做進一步 說明。 圖示說明 圖一係本發明之PVD低溫濺射系統簡圖。 圖二係本發明之工作原理圖（靶材運作示意圖）。 圖號說明 1電弧電源供應器 2偏壓電源供應器 3觸發器 4乾 5反應氣體 6幫浦（擴散幫浦和機械幫浦） 7錐形治具 8治具自轉方向 9工作掛架公轉方向 — 1 0 '陽極 11金屬離子 1 2蒸發金屬原子 1 3過濾網 1 4電漿區

五、發明說明（4) 15離子搶 1 6微小液滴 本發明揭示利用低溫物理濺射、離子清洗、離子披覆 之原理在微小銳刀鍛上ZrxHf xCxNx多元素膜，微小銑刀直 控在0.2mm-3· 175mm ’微小銑刀之母材為碳鶴超硬合金或 瓷金（cermet)。根據本發明，可將ZrHfCN多元素披覆在 微小銑刀之表面上形成3-4 # m厚的薄膜，使鍍膜微小銑 刀具有硬度高，内部韌之優點。 本發明進行鍍膜製程（參圖一）如下： a •裝載被鐘物於治具，於常態下進行電子束清洗 及烘乾； b·裝填該治具於真空爐内，進行抽真空、加溫至12〇 380 °C ； c·利用離子裝置（ion dvice)打出離子清洗該被鍍物表 面，此離子裝置可為離子搶； d•進行鍍膜： (^)利用電弧槍（ARC source)從靶材（target)打出微小離 以離子搶予以輔助，將ARC運作後之離子再以離子 杈（ION S0urce)將其做一次更小的細化； — ϋ ΐ:ί ΐ被鍍物之間、，加上-層用金屬濾網來過濾， f i匕，而大離子被網子濾下。本濾網係以絕緣陶 尤w、、、巴’以免形成電極，利於细小離早捐仍。F、+、，純2 再經過離子㈣_ a φ τ ^小料通過上34小離子 子％做一=人更小的細化才披覆於被鍍物； e•通入C2H2氣體；

第9頁 512181 五、發明說明（5) f ·使用氮氣冷卻被鍍物 鍍膜前先將被鍍物（微小銑刀）載入錐形治具7 (參圖 一），，本發明用錐形治具7克服真空爐内萬有引力對物質 的影響，在鍍膜之前，於一般狀態之室溫常壓下，利用物 理電子束清潔微小銑刀之表面，甚而所有刀刃内部之污 潰，令微小銑刀能徹底的洗淨。進行清洗及烘乾後，將工 具連同治具置於真空爐中。將真空爐内抽至真空後，開始 加溫。加溫至一定的溫度後’用離子清洗裝置（i〇n tr』、dev?e)打出離子轟擊被鍍物表面，除去被鏟物 = 化物’此氧化物係因被鍍物清洗後與空氣 良好的附著條件。 士…無5染物質，提供 制離子清洗後，開始進行覆膜作業， :、低溫狀態下進行。以電弧離子 ;、:、= : 屬離子自靶材打出，由於ARC電弧 Ώ )將金 在較大的分子顆粒，故本發明利用離斤子打輔出;;離子可能存 assistant device )細化金屬離子 裝置（ion 搶打出來的微小金屬離子，#以；触=更小。電弧 輔助，將其電弧搶運作後之金屬離：：輔助裝置予以 -次更小的離子化，此時之金屬離子：=搶將其再做 子的1/20。由於離子更小，更容易=電弧私運作出來離 需要之元素離子相容而形成牢不可破同％更易與其他 表面平滑，硬度高，附著好， 古夕兀素薄膜，膜層 度也内。故此離子辅助是

第10頁 512181 五、發明說明（6) 非常必要的 此外，在靶材（陽離子出口）與被鍍物之間（參圖 二），加上一層根據不同尺寸被鍍物所設計不同空隙尺寸 用之過濾網13來過濾離子，降低金屬離子（陽離子）速 度，以便離子輔助裝置有較充裕的時間分離金屬離子丨工， 亚使小離子通過，而大離子被過渡網13滤下，微小銳 的全是相：的超小離子顆粒，故能緊密的附著於被鍍 。如此一來，可確保被鍍物表面平滑度，更可確保1 毹良的切削品質。過濾網13通常為金屬材料，金嗆 周以如嶋絕緣材料絕緣，遽網不形成電極，令： 二離子易於通過濾網披覆於被鍍物上為 屬相對低溫處理，因為本發明有 Cioncleaning)及離子輔勤广…。 · 月〆先 序，故沪力柄.宣洗 （〇n assistant)之處理程 膜後Π 所以被鍍刀具執性不會降低，而覆 上的硬度，披覆膜之密著性(―)好 =:具7必須能令被鍍物朝公轉方 ，而要令其能朝自轉方向8做自轉 /轉之外 針方向Ϊ=:ΓΓ須能順時針方向轉，也能逆時 得如此來，刀刃及刀背厚膜即可控， 錢膜的後段程序，運用筒痛叁 /、 物質的附著，達到声而締 虱心速冷部，但不影響被鍍 間。根據本發明的製程， =短衣程時 5小時，短於習知鐘膜製程時間又=卜序/呈成/面時^為/一2. ϋ外刀具表面鍍上物質 第Π頁 512181 五、發明說明（7) 的顆粒小，表面平滑，附著 ~ 被鍍物質形成的薄膜厚度刀仫，為本發明的優點。通常 寸。 4 # m’不會影響刀具外觀尺

目鈾般最常使用的的热| Φ 2 (碳化鎢）、Co (鈷）、τ做小電子刀具材料為具有WC 之超硬金屬合金。以TiC (碳化鈕）及TlC (碳化鈦） 碳化鶴）、TlN(氮化^匕欽，為主要成份，再添加 (鈷）所組成之兗金（cerm aC (碳化组）及Co 比超合金來得好。本發明所利用ς耐溫性、耐缺損性都 超硬合金及瓷金兩種材料作為底好小銑刀即是利用碳鎢 3 //m-4心之薄膜，因此所有切削材’因為披覆層為僅具有 來維持，所以支携這也曼全 寺牲陸不能只依靠披覆層 报大的影響。知道所;；之性能也有 根據被切削物之特性再取決披覆之靶’瞭解其特性後， 素，才能對症下藥’製造出最佳 J』rge』s )元 碳鎢超硬合金或究金為刀具（微小銳刀本發明選擇 與Τι同一家族之Zr &Hf的合金材料。 .，故靶材用 點優=明所提供之低溫物理賤射錢膜的製程具有以下幾 1 ·低溫下進行披覆··本發明之物理濺鼾 〜 相對低溫處理（120t_380 t) 的程序，屬 降低，加上㈣後刀具擁;mm導” 者性和耐磨耗性均會增加。纟此情況下 T J，密 種元素時，其附著力更佳，在常態下，亦不 第12頁 發明說明（8) 影響而產生脫落之現象-2· 使用離子魅BA . A ^、 子搶之輔助，將其再:5?打出 離子為電弧搶運作2來子二二二的離子化處理，所得之 形成牢不可破的多κ薄m披覆…離子1目容而 著好，密度也高。、、、面平滑度南，硬度咼，附 就是引在女本發明將熱引導至被錄物之下端散熱（也 削功能之處散熱），可避免刀具之尖端 .放點，使得被鍍物母材產生"熱應力"集 有脫：：：：被鐘物刀具尖端處之錄著物產生附著不良而 t 用電子束清潔表面：在鍍膜之前，於一般常態下， 2物理電子束清潔刀具之表面，甚而刀刃内部之污潰， 々刀具能徹底的洗淨。 、 L適用範圍廣：在刀具的鍍膜中，因鍍著物的材料不 同，且刀具之形狀有不同之特殊要求，因此在鍍膜時必 小心，因各種材料變化不同，於不同溫度下亦有不同的ς 化’加上被切削物亦不相同，因而造成許多變數」本發= 針對不同的材質特性均已做資料庫的收集和實驗，確實 以適用於各種不同刀具及不同鍍著金屬，具有極高 性。 y用 本發明提供的鍍膜製程，可以多種材料進行塗佈。 發明另外以下列之實施例進一步說明本發明，但並不限制

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本發明的精神和權利範圍。 實施例一 被鍍物為微/丨、銖π / , ^ j銑刀微小銑刀之母材為瓷金，直徑] Γ本發日長8随，在此稱為環宇（cosm〇s)微小銑刀。根 么二程選用的靶材為Zr，合金，進行覆膜的操 作）皿度為120 c— 380 t，C2H2氣體之流量為55sccm 、 (standard cubic centimeter per mimute )。 鍵膜TO成後經元素分析，含有6 5 w t %鍅，1 5 M % 銓，8 wj %碳，及丨2 wt %氮，此鍍膜刀稱鍍膜環宇微小 銑刀。薄膜的厚度在3_4 Am。鍍膜後的環宇微小銑刀，硬 度有原來母材2倍以上且耐磨性增加許多，散熱佳，外觀 尺寸不變，刀具壽命增加，因而提升銑刀機台產能，降低 銳刀成本。 微小銑刀測試報告： 一般微小銑刀用於銑床上，有三個重要的參數： 1 ·轉速：刀具轉動的速度，代表刀具的切削快慢； 2 ·進刀速：刀具前進的速度，代表刀具的切削量； 3·刀具哥命：刀具的最咼使用ϊ.’通常切削長度為代表， 即斷刀'壽命。 —

現以市場上U牌被小統刀’及根據本發明鐘膜，未鐘 膜環宇（c 〇 s m 〇 s )微小銑刀及根據本發明链膜環宇微小銳 刀為測試樣品，上述微小銑刀之直徑皆為丨· 5m:，有效刀 長皆為8ιηιη。上述微小銳刀利用立嵩（使用日立的軸）— 3B

、發明說明（10) 為測試機器，以 FR(glaSS fiber rubber) — 4 切削 厚度為1.6mm尺寸為16χ18，製造商為南亞塑膠）測 $ σ銑微小最佳條件，比較其工作效率及壽命，結果如 I·未鍍膜U牌微小銑刀： ，轉速28-3QKRPM，進刀速；[4-16 哥命20-40m。 mm/s之條件下 測得斷刀 2 ·鍍膜U牌微小銑刀： 在轉速28-32KRPM及進刀速is 一 22 得斷刀壽命6〇-80m。 3 ·未鍍膜環宇微小銑刀： 在轉速28-32 KRPM及進刀速16一2〇 得斷刀壽命40-60m。 mm/s之最佳條件下，測 mm/s之最佳條件下，測 4·鍍膜環宇微小銑刀： 在轉速30-34 KRPM及進刀速24-32 得斷刀壽命80- 1 0 0m。 mm/s之最佳條件下，測 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，铁1、 定本發明，任何熟習此技藝者，在 並非用以限 乾圍内，當可做些許之更動與潤飾，因此本& 之精神和 圍當^後附之申請專利範圍所界定者為準。♦明之保護範

第15頁 512181 圖式簡單說明 第16頁

Claims (1)

1. 512181 參. ；:G 公.i—主 么二申靖，利紐1 1 · 一種微小銑刀上披覆超微細離子顆粒多元素薄膜之製 程， a. 裝載被鍍物於治具，於常態下進行電子束清洗及烘 乾； b. 裝填該治具於真空爐内，進行抽真空、加溫至 1 2 0 °C - 3 8 0 °C ； c. 利用離子清洗該被鍍物表面； d. 進行鍍膜：以PVD低溫濺射進行表面彼覆，利用離子 輔助裝置及過濾網細化自靶材打出的離子； e. 通入C2H2氣體； f. 使用氮氣冷卻被鍍物； 其中該被鍍物為微小銑刀，此微小銑刀之母材為碳鎢超 硬合金或瓷金，該靶材為Zr、Hf的合金。

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