[发明专利]一种刀具涂层及其沉积方法

说明书

本发明公开了一种刀具涂层及其沉积方法，其中，刀具涂层的沉积方法包括以下步骤：在惰性气体中，在刀具基体上沉积金属离子形成金属过渡层；在金属过渡层上依次沉积金属离子、金属碳化物、碳离子形成单元涂层；循环步骤2S若干次；在所述单元循环涂层表层沉积SP3键渐变的碳离子形成渐变碳膜层。本发明对在微型刀具上沉积超厚碳膜的沉积方法进行优化，在刀具表面沉积金属过渡层、单元循环沉积、sp3键不断升高的渐变碳膜层，涂层与刀具结合力大于30N，膜层厚度可高至15微米，硬度大于50Gpa。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种刀具涂层及其沉积方法。

背景技术

PCB产业的高速发展不仅导致了硬质合金微型工具产量的迅速增加也对PCB加工用微型工具的性能提出了更高的要求，尤其是使用寿命。PCB板由多层铜箔布线、玻璃纤维以及环氧树脂构成，对PCB板进行高速加工的过程中，不仅高硬度的玻璃纤维会造成硬质合金微型工具的快速磨损，处于高温状态的树脂也会对硬质合金中的粘结相Co形成强烈的化学腐蚀。因此，由硬质合金材料制成的微型工具在加工PCB板时的寿命很短，而为了满足加工过程的精度要求，就需要频繁地更换工具。国内外的PCB微型工具产商都迫切希望能够开发出耐磨性、耐蚀性能更好，使用寿命更长的PCB用微型刀具。

PCB刀具的涂层技术是一个重要世界性的难题，PCB用刀具由于钻头尺寸小(最小尺寸达到0.02mm)、微米级加工精度的要求、钻机转速高(最高达30万转/分钟)、加工材料化学腐蚀性强等特点，使得PCB刀具的涂层成为限制PCB刀具发展的难题，难以满足市场对于PCB刀具的性能要求。

提供一种在PCB刀具表面能够沉降得到性能满足PCB刀具的镀层的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种刀具涂层及其沉积方法以及沉积得到的刀具。

根据本发明的一个方面，提供了一种刀具涂层，刀具涂层包括依次沉积于刀具基体表面的金属过渡层、单元循环涂层以及渐变碳膜层；金属过渡层的厚度为100-500nm；单元循环涂层包括若干个单元涂层；单元涂层包括依次沉积的纳米金属涂层、金属碳化物涂层以及纳米碳膜层；单元涂层中纳米金属涂层的厚度为5-10nm；金属碳化物层的厚度为5-10nm；纳米碳膜层的沉积厚度为50-100nm；渐变碳膜层的SP3键含量自底部向表层逐渐增大，渐变碳膜层的厚度为5-15μm。

可选择地，渐变碳膜层的表层SP3键含量大于80％，渐变碳膜层的表层厚度为1-10μm。

可选择地，单元循环涂层包括30～50个单元涂层，单元涂层中纳米金属涂层与金属碳化物涂层的总厚度为纳米碳膜层厚度的五分之一以下。

可选择地，金属过渡层的厚度在涂层总厚度的十分之一以下。

根据本发明的另一个方面，提供了一种刀具涂层的沉积方法，包括以下步骤：(1)用粒径为500-800目的砂土湿喷处理刀具基材表面，湿喷处理60～120s后停止，将湿喷处理后的刀具基材依次浸入丙酮中超声清洗4～7min，浸入乙醇中超声清洗4～7min以去除刀具基材表面的油脂，形成处理后的刀具基材；(2)将处理后的刀具基材置于具有预定真空度的真空腔室中；(3)向真空腔室内通入惰性气体，启动磁过滤直管沉积，沉积靶材为金属阴极，起弧电流为80-120A，弧压为20-40V，沉积时间为1-30min，沉积得到金属过渡层；(4)启动磁过滤直管与磁过滤弯管耦合循环沉积，磁过滤直管的沉积靶材为金属阴极，磁过滤弯管的靶材为碳阴极，沉积得到单元循环涂层；(5)启动磁过滤弯管沉积，沉积靶材为碳阴极，起弧电流为100-120A，高功率脉冲的偏压电压由5kV逐渐递减至1kV，频率由80Hz逐渐递减至10Hz，脉宽600μs，峰值功率从4MW逐渐降低为0.5MW；直流偏压的电压为300V，占空比80％，沉积时间为1-10h，沉积得到渐变碳膜层。