[发明专利]微型挤压丝锥复合涂层及其制备工艺和制备设备

摘要

本发明提供了一种微型挤压丝锥复合涂层，包括基体，还包括自内向外依次设置的N‑Fe固溶扩散层、纯Ti打底层、及若干层TiN‑TiC‑TiCN交替层。本发明还提供了所述复合涂层的制备工艺和制备设备，其采用等离子体辉光渗氮以及PVD物理气相沉积技术，沉积TiN‑TiC‑TiCN多层复合涂层，解决了现有丝锥基体强度不足、表面耐磨性欠佳以及丝锥表面自润滑和导热不理想的技术问题。本发明涂层表面显微硬度为Hv3300Kg力/cm²，涂层表面摩擦系数为0.20，丝锥的整体强度和表面加工性能大幅提高，平均寿命提高3倍。

主权项

1.一种微型挤压丝锥复合涂层的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤[1]丝锥基体材料选择与热处理：基体材料采用M42粉末冶金高速钢，经1160℃真空加热，并经‑196℃深冷处理后，560℃回火处理，硬度HRC66‑67，经螺纹磨床磨制成型；步骤[2]磨制成型丝锥表面预处理：将丝锥装挂于清洗篮上，浸入带防锈蚀功能的金属清洗液中，超声波清洗20分钟；等离子水漂洗干净后经无水乙醇脱水，用压缩空气吹干，吹干后的丝锥装夹于刀具专用自动钝化机上卡套钝化10分钟，达到去毛刺、氧化膜及活化基体表面的效果，可有效提高渗氮效果和PVD涂层结合强度；步骤[3]清洗线清洗：钝化后的丝锥经超声波脱蜡、超声波除油、去离子水漂洗、去离子水超声波清洗、热水漂洗及无水乙醇脱水，最后经烘箱热风烘干；步骤[4]等离子体渗氮：a.将经步骤[3]处理后的丝锥装卡在带有基盘公转、基盘自传和基盘上的工件二次自转的工装转架上，预设公转和自转速度均为1.5转/分钟，开始抽真空，当气压达到5*10‑1Pa时，加热至530℃且至少保温20分钟，气压达到5*10‑3Pa时，打开氩气质量流量控制计，通入60ml/分钟的氩气，调节截流阀，使气压稳定在2*100Pa，打开偏压电源，频率40kHz，占空比60％，偏压600V，辉光清洗丝锥表面，稳定时间30分钟；b.辉光清洗结束后，关闭氩气，通入流量分别为300ml/分钟和60ml/分钟的氮气和氢气，调节节流阀，使气压稳定在1.3*103Pa，偏压电源频率调至17kHz，占空比80％，偏压600V，进行等离子体辉光渗氮，时间30分钟，形成12～18μm厚的N‑Fe固溶扩散层；步骤[5]纳米多层多元复合涂层沉积：a.渗氮完成后，将温度降到350℃，调节节流阀并将真空抽至5*10‑3Pa；b.Ti离子轰击：打开氩气质量流量控制计通入30ml/分钟氩气，调节截流阀，使气压稳定在5*10‑1Pa，开启偏压电源，频率40kHz，占空比60％，偏压在五分钟内从600V降至200V，电弧靶电流在五分钟内从120A降至70A；c.纯Ti打底：Ti离子轰击结束后沉积15分钟纯Ti；d.沉积TiN：逐渐减少氩气流量，十分钟内关闭，打开氮气质量流量控制控制计，通入氮气，十分钟内加到180ml/分钟，调节截流阀，使气压稳定在6.5*10‑1Pa，然后沉积20分钟TiN；e.沉积TiC：打开乙炔质量流量控制计，十分钟内逐渐到150ml/分钟，同时逐渐减少氮气流量，十分钟内降到0，调节节流阀，使气压稳定在4.0*10‑1Pa，然后沉积20分钟TiC；f.沉积TiCN：逐渐调节氮气流量，十分钟内加到90ml/分钟，同时逐渐减少乙炔流量，十分钟内降到90ml/分钟，气压稳定在4*10‑1Pa，沉积20分钟TiCN；j.重复步骤d、e、f，直至涂层达到所需厚度后随炉冷却至120℃以下出炉；步骤[6]后处理：将冷却至室温的丝锥装夹于全自动钝化抛光机卡套上，抛光10分钟，去除涂层中的大液滴和尖角处的积瘤，净化涂层表面。