[发明专利]微型刀具上制备复合硬质涂层的方法及微型刀具

说明书

技术领域

本发明涉及PCB微型刀具表面改性技术领域，特别涉及一种在微型刀具上制备复合硬质涂层的方法及微型刀具。

背景技术

微型刀具可用于加工印制电路板(以下简称PCB)。PCB是由基板、铜箔和粘合剂压合而成的覆铜板，而基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板，因而PCB微型刀具主要的加工对象是铜箔、树脂及增强材料。当采用PCB微型刀具加工印制电路板时，存在一些问题。

首先，印制电路板中含有大量的树脂和增强材料，印制电路板的硬度和强度高，普通的微型刀具在加工印制电路板的过程中磨损速度快，磨损量大，刀具的寿命短；其次，微型刀具加工印制电路板时，切屑容易堵塞在刀具的排屑槽内，造成排尘不良，会严重降低印制电路板的孔壁质量；再次，印制电路板中含有铜箔，PCB微型刀具加工印制电路板时，铜屑易粘在PCB微型刀具的刃口上，在刃口形成积屑瘤，也会严重降低PCB微型刀具加工印制电路板的质量。

为了提高PCB微型刀具的寿命及其加工印制电路板的质量，国内外很多企业都对微型刀具进行表面改性处理，如化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)等。化学气相沉积(CVD)是利用气相物质在工件表面的化学反应形成固态薄膜的工艺方法，如直流辉光放电等离子体CVD、射频辉光放电等离子体CVD、电子回旋CVD等；物理气相沉积(PVD)是在真空条件下，利用物理方法，将沉积物材料气化为原子、分子或离子化为离子，直接沉积到基体表面的方法，如离子束沉积法。

然而将常规刀具涂层制备工艺直接转移到微型刀具时，制备出的涂层与微型刀具基体的结合力低，涂层易脱落而失去了保护作用，导致刀具性能仍不够好，使用寿命也仍较短，这在PCB微型刀具上体现的尤其明显。

常规涂层与微型刀具基体的结合力差，为了提高涂层与基体的结合力，在涂层制备之前，均会采用刻蚀工艺提高涂层的结合力。比如电弧离子镀采用钛离子轰击净化提高涂层与基体的结合力，工作偏压800-1000V，高能量、高密度的钛离子到达工件的主要是溅射作用，溅射作用大于沉积作用不会形成膜，可以形成“伪扩散层”，金属原子质量大，溅射净化效果好。另外，磁控溅射采用氩离子轰击净化，向真空腔室充入氩气，真空保持在1-3Pa，轰击电压1000-3000V，发生辉光放电，产生氩等离子体轰击净化刀具基体。无论采用钛离子轰击或是氩离子轰击，离子能量均在几百到一千电子伏特，离子能量不足，不能完全清除基体表面的杂质，因而制备的涂层与基体的结合力仍然不够好，特别是在微型刀具上沉积涂层时，容易出现涂层脱落，露出硬质合金基体，即不能充分发挥涂层的耐磨保护作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使用寿命较长的微型刀具上制备复合硬质涂层的方法及微型刀具。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种微型刀具上制备复合硬质涂层的方法，包括以下步骤：

A：对微型刀具待加工表面进行涂层前预处理；

B：对微型刀具待加工表面进行金属离子注入处理；

C：对微型刀具待加工表面进行硬质涂层沉积处理。

所述的步骤C中，硬质涂层沉积采用真空电弧沉积技术实现。

进一步的，步骤C中，硬质涂层沉积还可采用磁过滤脉冲阴极真空电弧沉积技术实现。其中，所述的磁过滤脉冲阴极真空电弧沉积技术是利用阴极真空电弧放电产生的等离子体，采用弯曲的磁场引导等离子体的运动，使得阴极真空电弧放电产生的等离子体到达视线以外的靶室中，同时过滤掉弧放电产生的液滴和大颗粒，实现优质薄膜的沉积。采用磁过滤脉冲阴极真空电弧沉积技术可以产生硬度更高、密度更大、更纯净的薄膜。

所述的步骤B中的金属离子注入处理所采用的金属为第IVA族元素、第VA族元素、第VIA族元素或其合金。

所述的步骤B中的金属离子注入处理所采用的金属为钛、铬、铝或其合金。在经过了多次的实验后，选用这几种金属进行金属离子注入的效果最好。

所述步骤B中，离子注入的能量区间为三千电子伏特-一万五千电子伏特。

所述的步骤C中，在微型刀具表面进行的硬质涂层沉积处理时，采用高纯钛靶作为阴极靶材，在真空腔室中通有氮气，以在刀具表面结合生产TiN涂层。

所述的步骤C中，在微型刀具表面进行的硬质涂层沉积处理时，采用原子比为50∶50的钛铝合金靶作为阴极靶材，在真空腔室中通有氮气，以在刀具表面结合生产TiAlN涂层。

所述的步骤A中对微型刀具待加工表面进行涂层前预处理的步骤包括以下步骤：