[发明专利]用于阶梯复合刀具金刚石涂层的双层热丝涂覆工艺

说明书

技术领域

本发明属于机加工刀具的制造技术领域，尤其涉及一种用于阶梯复合刀具金刚石涂层的双层热丝涂覆工艺。

背景技术

对于加工孔类的刀具来说，由于孔的形状、规格、精度和用途的不同，因此，加工方法也不同,这使得孔加工刀具种类繁多。阶梯孔刀具由于具有较高的效率，应用较为广泛，此类刀具目前基本都是整体硬质合金刀具。在加工较硬的难加工材料时，普通的硬质合金刀具往往容易磨损，生产效率较低，另一方面，在钻孔过程中，由于硬质合金刀具的磨损，会使得刀具表面粗糙度高，从而使得孔的表面质量有所降低，造成加工误差。同时，由于刀具的耐用度较低，造成加工成本较高且影响生产效率。金刚石是目前已知自然界硬度最高的物质，经常作为刀具、磨具材料应用于工业领域，但是它十分珍贵稀少。CVD金刚石薄膜具有一系列优异性能，它具有十分接近天然金刚石的硬度、高的弹性模量、极高的热导率、低的摩擦系数、低热膨胀系数和化学稳定性以及极好的抗酸、抗碱、抗各种腐蚀性气体侵蚀的优异性能。因此，可以在刀具钻削部分涂上一层CVD金刚石薄膜，这层薄膜具有高弹性模量，高硬度，高热导率及良好的稳定性。

但是目前针对CVD金刚石涂层刀具制备的热丝布置方式大体有以下几种，一种是热丝单层布置，在制备简单的平面金刚石涂层刀具时，钽丝的布置和衬底表面是平行的，通过高温使得热丝电离出碳离子团和碳氢离子团，沉积到衬底表面形成比较均匀的金刚石薄膜，但是针对这种阶梯型复合刀具，单层布置的钽丝只能涂一层，不能同时把上下两层都涂上；另一种是热丝环绕布置，但是由于此类刀具阶梯孔内外直径差别大，不能同时把里外两层都均匀地涂上，而且环绕的钽丝受高温影响容易弯曲，从而使得在生长阶段的电流上不去，进而影响刀具涂层的效果。经过对现有技术文献的检索，中国专利申请号201110028846.2记载了一种“复杂形状金刚石涂层刀具钽丝化学气相沉积批量制备方法”，此发明采用上下两行热丝且上行热丝高度与硬质合金刀具的刀尖相同，下行热丝的高度正对刀刃底部的布置方式，刀具竖直插入底座。但是针对复杂形状的阶梯孔刀具，其内外孔径差异大，若用此布置方式，容易造成各个沉底表面温度不均匀，从而影响表面质量，而且此装置不能根据刀具的不同长度来调节上下热丝的高度，因此上述方法都不适用于孔径差异较大的阶梯孔钻头工具的金刚石涂层。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种可根据刀具的不同长度来调节上下热丝高度、确保沉底表面温度均匀及涂层表面质量的用于阶梯复合刀具金刚石涂层的双层热丝涂覆工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于阶梯复合刀具金刚石涂层的双层热丝涂覆工艺，包括以下步骤：

（1）、把阶梯复合刀具放到盐酸与硝酸的混合溶液中进行超声清洗方式的预处理，确保钻削部分每个层面都能清洗到；

（2）、在反应室内组装双层热丝调节机构；

（3）、对双层热丝调节机构的热丝进行碳化；

（4）、将阶梯复合刀具放置到双层热丝调节机构当中；

（5）、在反应室内对刀头表面进行形核、生长处理，其中形核时压力为－99.6Kpa，热丝功率维持在750～850W，偏压电流为0.8A，偏流功率维持在45～55W，热丝温度维持在1700～1900℃，衬底温度维持在700～800℃，保持30分钟；生长时压力为－98Kpa，保持钽丝功率维持在1750～1850W，偏压电流为0.3A，偏流功率维持在15～25W，热丝温度维持在1900～2100℃，衬底温度维持在800～900℃，保持3个小时；最后在阶梯复合刀具的钻削部分表面沉积一层金刚石薄膜。

所述双层热丝调节机构包括设在工作台左侧和右侧分别垂直设置有两根螺柱电极和三根螺柱电极，右侧的三根螺柱电极上通过紧固螺栓水平设有两块上夹持板和两块下夹持板，左侧的两根螺柱电极上分别设有一个纵截面呈L型的第一弹簧片，第一弹簧片前侧通过水平设置的第一螺栓连接有纵截面呈倒L型的第二弹簧片，第一弹簧片后侧通过水平设置的第二螺栓连接有纵截面呈倒L型的第三弹簧片，第三弹簧片上表面高于第二弹簧片上表面，第三弹簧片上部向前延伸到第二弹簧片正上方，第二弹簧片上用于穿设第一螺栓的孔以及第三弹簧片上用于穿设第二螺栓的孔在垂直方向上均为长孔结构；两块下夹持板前侧和后侧分别夹持一根下热丝，下热丝的左侧使用下固定螺栓分别对应固定在第二弹簧片顶部，两块上夹持板前侧和后侧分别夹持一根上热丝，上热丝的左侧使用上固定螺栓分别对应固定在第三弹簧片顶部，前侧的上热丝和下热丝平行且上下对应，后侧上热丝和下热丝平行且上下对应。