[发明专利]带有镀膜的刀具及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及刀具镀膜技术领域，具体而言，涉及一种带有镀膜的刀具及其制作方法。

背景技术

现有的刀具普遍采用合金材料的淬火热处理来制作，都存在着母体基材硬度不高、耐磨性差、需经常研磨的问题。为了提高刀具的硬度和耐磨性，通常有以下两种做法：

方法一、采用高硬度的碳化物(WC、TiC等)合金粉末和陶瓷粉末(ZrO₂)等直接烧结制作刀具，以改善刀具基体本身的硬度和耐磨性。然而，采用这种方法进行刀具的整体加工较为困难，加工成本很高，且刀具的韧性不足，发生断裂的几率较高。

方法二、在刀具的表面上设置一层高硬度、高耐磨的镀层，形成带有镀膜的刀具。然而，现有的带有镀膜的刀具中镀层与基体的结合力较弱，使用时容易引起镀膜脱落。同时，现有的带有镀膜的刀具制作时间较长。如中国专利CN2481292Y中公开了一种纳米金刚石薄膜手术刀，其是利用等离子体化学气相沉积工艺在手术刀表面镀了一层类金刚石膜。然而，该专利公开的类金刚石膜中含有氢，膜层的脆性较大。此外，镀层与基体之间的结合力较差，容易出现脱落。

基于上述原因，有必要提供一种耐磨性好、镀层与基体结合力较好的带有镀膜的刀具。

发明内容

本发明旨在提供一种带有镀膜的刀具及其制备方法，以解决现有技术中刀具耐磨性差、镀层与基体结合力差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种带有镀膜的刀具，包括基体，其中，基体的至少部分表面上设置有掺Ti的无氢非晶碳膜，且Ti的掺杂量为掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的6～25％。

进一步地，Ti的掺杂量为掺Ti的无氢非晶碳膜总重量的11～20％。

进一步地，掺Ti的无氢非晶碳膜中，形成SP³键合结构的碳原子占碳原子总数的90％或以上。

进一步地，掺Ti的无氢非晶碳膜中还掺杂有附加元素，附加元素选自元素W、元素Ta、元素Fe、元素Ni、元素Cr、元素Cu、元素Ru、元素Au及元素Mo中的一种或多种。

进一步地，掺Ti的无氢非晶碳膜的厚度为0.1～3μm。

进一步地，基体的材料为不锈钢或碳素工具钢。

进一步地，刀具具有第一端和与第一端相对的第二端，其中第一端设置有刀刃，掺Ti的无氢非晶碳膜设置在刀刃至少一侧的部分或全部表面上。

进一步地，所述掺Ti的无氢非晶碳膜为附着在基体上的单层膜层。

根据本发明的另一方面，还提供了一种带有镀膜的刀具的制作方法，该制作方法包括以下步骤：在刀具的基体的至少部分表面上沉积掺Ti的无氢非晶碳膜，掺Ti的无氢非晶碳膜中可选地掺杂有附加元素。

进一步地，利用FCVA法、磁控溅射镀膜法或离子束镀膜法在基体的至少部分表面上沉积掺Ti的无氢非晶碳膜。

进一步地，制作方法包括以下步骤：提供基体；去除基体表面的油污和氧化物杂质，得到待镀膜基体；以及将待镀膜基体置于真空环境中，利用石墨靶材和钛靶材以及可选的附加元素的靶材，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积掺Ti的无氢非晶碳膜，形成带有镀膜的刀具。

进一步地，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积掺Ti的无氢非晶碳膜的步骤中，工艺温度为35～90℃。

进一步地，以FCVA法在待镀膜基体表面沉积掺Ti的无氢非晶碳膜的步骤中，待镀膜基体的镀膜表面与离子源之间的角度为43～45°，离子束能为600～750eV，束流为2.0～2.5mA/cm²，弯管电流为8～10A，沉积偏压为-95～-110V，沉积时间控制在40min～20h。

进一步地，去除基体表面的油污和氧化物杂质的步骤包括：使用有机溶剂对基体进行振洗，然后烘干，得到一次处理基体；使用氮气气枪直吹一次处理基体，得到二次处理基体；以及用Ar离子对二次处理基体的表面进行溅射刻蚀，得到待镀膜基体。

进一步地，用Ar离子对二次处理基体的表面进行溅射刻蚀的步骤中，刻蚀时间为90～100s，氩气流量为10～11sccm，二次处理基体的表面与Ar离子束之间的角度为60～65°。