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【中文】一种镀膜系统以及提高切削刀具的镀膜附着力的方法
【EN】A kind of method of coating system and the adhesion of coating film for improving cutting tool

申请(专利)号:CN201510853162.4国省代码:广东 44
申请(专利权)人:【中文】广州巴达精密刀具有限公司【EN】GUANGZHOU BADA PRECISION TOOL CO., LTD.
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摘要:
【中文】本发明公开了一种镀膜系统,包括镀膜室、气体单元、质量流量控制单元、放电控制单元、以及真空单元,其中所述放电控制单元包括设置于镀膜室内的两个阴极靶、增置阳极、以及设置于镀膜室外的弧电源、稳压电源和多个开关。本发明还提供了提高切削刀具的镀膜附着力的方法,该方法中应用了该镀膜系统,使两个阴极靶中的任意一个阴极靶与镀膜室相连,另一个阴极靶与增置阳极相连,至少有一个阴极靶对增置阳极放电。本发明提供的镀膜系统和利用增置阳极提高切削刀具的镀膜附着力的方法,通过提高放电电压并增置阳极,使靶材离化率提高,利用势能使得镀膜附着力明显提升。
【EN】Paragraph:The invention discloses a kind of coating systems, including coating chamber, gas cell, mass flow control unit, control of discharge unit and vacuum unit, wherein the control of discharge unit includes being set to indoor two cathode targets of plated film, addition anode and the arc power being set to outside coating chamber, regulated power supply and multiple switch.The present invention also provides the methods for the adhesion of coating film for improving cutting tool, the coating system is applied in this method, any one cathode target in two cathode targets is set to be connected with coating chamber, another cathode target is connected with addition anode, at least one cathode target is to addition anode discharge.Coating system provided by the invention and the method for utilizing the adhesion of coating film of addition anode raising cutting tool make target ionization level improve, using potential energy so that adhesion of coating film is obviously improved by improving discharge voltage and addition anode.

主权项:
【中文】1.一种镀膜系统,包括镀膜室、气体单元、质量流量控制单元、放电控制单元、以及真空单元,其特征在于:所述放电控制单元包括设置于镀膜室内的两个阴极靶、增置阳极、以及设置于镀膜室外的弧电源、稳压电源和多个开关,所述两个阴极靶包括第一阴极靶和第二阴极靶,增置阳极包括第一增置阳极和第二增置阳极,弧电源包括第一弧电源和第二弧电源,稳压电源包括第一稳压电源和第二稳压电源;所述第一阴极靶与所述第一弧电源的负极相连,所述第一弧电源的正极与所述镀膜室通过第三开关相连,第一弧电源的正极与所述第二增置阳极通过第七和第四开关相连;所述第一稳压电源的负极与所述镀膜室连接,所述第一稳压电源的正极与所述第一增置阳极通过第五开关和第一开关连接;所述第二阴极靶与所述第二弧电源的负极相连,所述第二弧电源的正极与所述镀膜室通过第二开关相连,第二弧电源的正极与所述第一增置阳极通过第六开关和第一开关相连;所述第二稳压电源的负极与所述镀膜室连接,所述第二稳压电源的正极与所述第二增置阳极通过第八开关和第四开关连接;第二增置阳极内部装置磁铁,其感应强度设为500‑1000高斯。【EN】1. a kind of coating system, including coating chamber, gas cell, mass flow control unit, control of discharge unit and vacuum Unit, it is characterised in that:


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说明书

一种镀膜系统以及提高切削刀具的镀膜附着力的方法

技术领域

本发明涉及刀具的表面处理工艺,尤其涉及一种镀膜系统和提高切削刀具表面的

镀膜附着力的方法。

背景技术

在高速钢、硬质合金,合金陶瓷等切削刀具上制作硬质薄膜,通常利用物理气相沉

积技术,现有技术中一般是通过初期离子清洗或利用制作缓冲层提高镀膜附着力。不同的

涂层种类,会使用相应的成分的靶材进行气相沉积,因此会出现众多靶材的现象。虽然它们

具有各自的优点,却存在靶材众多,并因镀膜不同而频繁更换靶材的问题,严重影响生产效

率。

发明内容

本发明主要应用于TiaAlbN(0.3≤a≤0.7)结构的镀膜,一般的TiAlN薄膜所使用

的成分比主要是Ti:Al=0.3:0.7,Ti:Al=0.5:0.5,Ti:Al=0.33:0.67。以往的做法是使用

不同的靶材制作不同的镀膜,因此存在频繁更换不同靶材的问题。

为了解决现有技术存在的以上问题,本发明设计了一种镀膜系统和利用增置阳极

提高切削刀具的镀膜附着力的方法,通过提高放电电压并增置阳极,使靶材离化率提高,利

用势能使得镀膜附着力明显提升。

为实现上述目的,本发明提供的镀膜系统,采用如下技术方案:

一种镀膜系统,包括镀膜室、气体单元、质量流量控制单元、放电控制单元、以及真

空单元,其中:

所述放电控制单元包括设置于镀膜室内的两个阴极靶、增置阳极、以及设置于镀

膜室外的弧电源、稳压电源和多个开关,所述两个阴极靶包括第一阴极靶和第二阴极靶,增

置阳极包括第一增置阳极和第二增置阳极,弧电源包括第一弧电源和第二弧电源,稳压电

源包括第一稳压电源和第二稳压电源;

所述第一阴极靶与所述第一弧电源的负极相连,所述第一弧电源的正极与所述镀

膜室通过第三开关相连,第一弧电源的正极与所述第二增置阳极通过第七和第四开关相

连;所述第一稳压电源的负极与所述镀膜室连接,所述第一稳压电源的正极与所述第一增

置阳极通过第五开关和第一开关连接;

所述第二阴极靶与所述第二弧电源的负极相连,所述第二弧电源的正极与所述镀

膜室通过第二开关相连,第二弧电源的正极与所述第一增置阳极通过第六开关和第一开关

相连;所述第二稳压电源的负极与所述镀膜室连接,所述第二稳压电源的正极与所述第二

增置阳极通过第八开关和第四开关连接。

进一步地,所述第一增置阳极和/或第二增置阳极的内部设有磁铁。

优选的,所述第一增置阳极和第二增置阳极设置为分别与所述第二阴极靶和所述

第一阴极靶的位置方向相对。

优选的,所述第一阴极靶的材质为钛,所述第二阴极靶的材质为铝。

本发明还提供了提高切削刀具的镀膜附着力的方法,该方法应用上述的镀膜系统

对切削刀具进行镀膜。

在本发明提供的提高切削刀具的镀膜附着力的方法,使两个阴极靶中的任意一个

阴极靶与镀膜室相连,另一个阴极靶与增置阳极相连,至少有一个阴极靶对增置阳极放电。

进一步地,所述增置阳极的内部包含感应强度为500~1000高斯的磁铁。

在本发明提供的提高切削刀具的镀膜附着力的方法中:镀膜室与第一弧电源阳极

连接时,镀膜室为阳极A,当第一弧电源的阳极与第二增置阳极连接时,第二增置阳极为阳

极A',当第一稳压电源的阳极与第一增置阳极连接时,第一增置阳极为阳极A";

在本发明的一实施例中,镀膜室与第二弧电源阳极连接时,镀膜室为阳极B,当第

二弧电源的阳极与第一增置阳极连接时,第一增置阳极为阳极B',当第二稳压电源的阳极

与第二增置阳极连接时,第二增置阳极为B";

镀膜时,镀膜室内的阳极为A B'B"、A'A"B、A B'B"或A'A"B,并按照A B'B"、A'A"B、

A B'B"、A'A"B的顺序反复循环进行,其中A B'B"表示的状态是镀膜室与第一弧电源阳极连

接,第二弧电源的阳极与第一增置阳极连接,第二稳压电源的阳极与第二增置阳极连接。A'

A"B、A B'B"或A'A"B的含义以此类推。

在本发明的一实施例中,控制放电电压的步骤如下:

步骤一、关闭第一开关、第二开关、第四开关、第五开关和第七开关,同时打开第三

开关、第六开关和第八开关;

步骤二、关闭第一开关、第三开关、第四开关、第六开关和第八开关,同时打开第二

开关、第七开关和第五开关;

步骤一和步骤二的开关状态控制交替进行多次。

有益效果:本发明提供的镀膜系统和利用增置阳极提高切削刀具的镀膜附着力的

方法,利用增置阳极并通过提高放电电压,使靶材离化率提高,利用势能使得镀膜附着力明

显提升。

附图说明

图1是本发明涉及的镀膜系统示意图,其中100—镀膜室、101A—第一阴极靶、

101B—第二阴极靶、102A—第一弧电源、102B—第二弧电源、103A—第一增置阳极、103B—

第二增置阳极、104A—第一稳压电源、104B—第二稳压电源。

图2是本发明涉及的一种镀膜系统示意图,其状态是在101A上提供40V电压。

图3是本发明涉及的一种镀膜系统示意图,其状态是在101B上提供40V电压。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:

本发明的镀膜系统构成如图1所示,由镀膜室100、第一阴极靶101A、第二阴极靶

101B、第一弧电源102A、第二弧电源102B、第一增置阳极103A、第二增置阳极103B、第一稳压

电源104A、第二稳压电源104B和多个开关构成。

本发明中第一增置阳极103A和第二增置阳极103B的作用是使得电离子向一定的

方向集中,提高靶材的离化率。

在图2中,第一弧电源102A的电压调节为40V,第一阴极靶101A以40V电压向第二增

置阳极103B放电,使得放电离子方向更加集中,提高靶材的离化率。

进一步地,在第二增置阳极103B内部装置磁铁,其感应强度设为500-1000高斯。这

可使放电离子方向更为集中。

进一步地,在第一阴极靶101A以40V放电的同时,第二弧电源102B电压调节为20V,

第二弧电源102B的阳极与镀膜室100相连。第一稳压电源104A开启,第一稳压电源104A的阳

极与第一增置阳极103A相连。第二阴极靶101B对第一增置阳极103A放电。此时开关状态为:

第一开关105、第二开关106、第四开关108、第五开关109、第七开关111关闭,第三开关107、

第六开关110、第八开关112打开。第一阴极靶101A以40V的电压放电,第二阴极靶101B以20V

的电压进行放电。

一定时间后,第一阴极靶101A和第二阴极靶101B的电压进行交换,此时状态如图3

所示,第一开关105、第三开关107、第四开关108、第六开关110、第八开关112关闭,第二开关

106、第七开关111、第五开关109打开。第一阴极靶101A上以20V的电压放电,第二阴极靶

101B以40V的电压放电。

在镀膜时,按照图2和图3中的开关状态交替进行。

如上所述,第一阴极靶101A、第二阴极靶101B分别以20V和40V的电压交替放电,运

用不同的两个靶材制作多元薄膜。

下表阐述了镀膜过程中,镀膜室内腔室和阳极的变化。

表1



表1所示,镀膜室100与第一弧电源102A阳极连接时,镀膜室100为阳极A,当第一弧

电源102A的阳极与第二增置阳极103B连接时,第二增置阳极103B为阳极A',当第一稳压电

源104A的阳极与第一增置阳极103A连接时,第一增置阳极103A为阳极A"。

镀膜室100与第二弧电源102B阳极连接时,镀膜室100为阳极B,当第二弧电源102B

的阳极与第一增置阳极103A连接时,第一增置阳极103A为阳极B',当第二稳压电源104B的

阳极与第二增置阳极103B连接时,第二增置阳极103B为B"。

镀膜时,阳极为A B'B"、A'A"B、A B'B"或A'A"B,并按照A B'B"、A'A"B、A B'B"、A'

A"B的顺序反复循环进行,其中A B'B"表示的状态是镀膜室与第一弧电源阳极连接,第二弧

电源的阳极与第一增置阳极连接,第二稳压电源的阳极与第二增置阳极连接。A'A"B、A B'

B"或A'A"B的含义以此类推。

镀膜室100内的第一蒸发皿和第二蒸发皿(图未示)在不同的势能交替下对切削刀

具进行镀膜,这样能使薄膜的附着力提升。

为了得到预期的薄膜成分比,利用不同靶材Ti靶和Al靶,通过工艺参数变化,进行

薄膜成分比率的实验。

表2是根据本发明制作不同成分比的薄膜,并通过EDX测定其薄膜成分。

表2



表2表明,改变弧电流能使薄膜成份比产生相应变化;利用一个以上单一成份靶材

能制作出多元薄膜,并能控制其不同元素的成份比率。

利用TiAlN类薄膜中最常使用的TiaAl 1-a组成中a=0.5,0.7的成份组合,实施控

制放电电压的比较实验。在本实验中,比较例利用上述A和D,实施现有技术中的物理气相沉

积法和本发明中提出的通过控制放电电压,制造混合薄膜的实验。

在表2中,我们抽取了TiaAl 1-a薄膜系列中a=0.7和a=0.5的最常见的成分组合

(即上述的A、D),与我们用传统方法制作的薄膜进行比较。

试样的工艺条件与对比试样(A'、D')相同,但本工艺中将阴极靶放电电压从20V提

高到40V,且在镀膜室内设置了增置阳极,以确保集中放电。

表3,是试样与对比试样的实验结果。

在本实验中,我们会对样品进行大载荷划痕试样,施加在金刚头上的力为100N。

表3



上述A'、D'是使用传统方法制作,A、D是利用本发明方法制作的。弧电流相同,各以

60~180A对薄膜进行沉积。

从以上结果来看,Ti0.3Al0.7N的对比组A/A',A试样的附着力明显比A'试样的提

高了18N。Ti0.5Al0.5N的对比组D/D',D试样的附着力明显比D'试样的提高了23N。综上所

示,本发明的样品比传统方法制作的样品,在附着力上,分别提高了19%,30%。

本试样数据是经过反复测试而得出的唯一结果。

这种结果是通过提高放电电压并增置阳极,使靶材离化率提高,利用势能使得镀

膜附着力明显提升。

...

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图1
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