钻头表面涂层及其加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属加工技术领域，尤其是一种钻头表面涂层及其加工工艺。
【背景技术】
[0002]PVD技术于二十世纪七十年代由苏联科学家首先提出，主要原理是将一种物质轰击成等离子状态通过电场附着到需要镀膜的工件上，生成的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、耐磨性和化学稳定性等优点。由该工艺制造的一些涂层的医疗器械甚至能够植入人体。
[0003]PVD隶属于表面工程范畴，起步晚但是发展很快。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视，引领了刀具加工的革命。目前PVD逐渐渗入到机加工的各个行业，汽车零部件、模具、注塑挤出设备等，PVD技术大大提高了零件的使用寿命，是一个蓬勃发展的朝阳行业。
[0004]目前，在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也在更加深入的研宄在硬质合金、陶瓷类刀具中的涂层工艺。与传统CVD工艺相比，PVD工艺处理温度低，在550°C以下时对刀具材料的抗弯强度无影响；PVD薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境几乎没有影响，符合国家提出的绿色环保可持续发展方向。
[0005]PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合力，涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN, CrN, TiAlN, TiAlCN等。然而，传统TiAlN涂层加工的中等硬度合金钢制成的钻头的寿命一般在40米?60米之间，新型的含有TiAlSiCrN涂层加工的钻头的寿命可达到130米?150米之间，但是其成本要远远高于TiAIN。
[0006]因此，为解决上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种钻头表面涂层及其加工工艺，以克服现有技术中存在的不足。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种钻头表面涂层，其包括:打底层、主结构层、以及表层，所述打底层附着于所述钻头表面，所述主结构层位于所述打底层和表层之间；
[0009]所述打底层为Ti层，所述主结构层为TiAlN层，所述表层为Si层。
[0010]作为本发明的钻头表面涂层的改进，涂层表面维氏硬度Hv3000。
[0011]作为本发明的钻头表面涂层的改进，所述主结构层与表层的厚度比例为:2.5:1。
[0012]为实现上述目的，本发明还提供一种如上所述的钻头表面涂层的加工工艺，其包括如下步骤:
[0013]S1.装载待加工的钻头，抽真空，使得钻头在真空环境下加热；
[0014]S2.通入氩气，利用辉光放电清洗AlTi靶材和Si靶材；
[0015]S3.通入氩气，控制靶材电压和电流，在偏压形成的电场作用下，使离子轰击所述钻头表面，对钻头表面进行清洗；
[0016]S4.向真空环境中通入氮气，对所述钻头施加偏压，提供Ti靶，对所述Ti靶施加相应电压电流，使所述Ti靶离化出的离子吸附在所述钻头表面，形成打底层；
[0017]S5.调节通入氮气的体积流量，调节施加在所述钻头上的偏压，提供TiAl靶，对所述TiAl靶施加相应电压电流，使所述TiAl靶离化出的离子吸附在所述打底层表面，形成主结构层；
[0018]S6.通入乙炔，并调节通入氮气的体积流量，调节施加在所述钻头上的偏压，提供Si靶，对所述Si靶施加相应电压电流，使所述Si靶离化出来的离子吸附在外层表面，形成表层。
[0019]作为本发明的钻头表面涂层的加工工艺的改进，所述步骤SI中，所述真空环境的真空度大于1.0OOlmbar，所述加热温度控制在450?500°C。
[0020]作为本发明的钻头表面涂层的加工工艺的改进，所述步骤S2中，通入氩气lOOsccm，偏压500V，靶材电压18V，电流100A。
[0021]作为本发明的钻头表面涂层的加工工艺的改进，所述步骤S3中，通入氩气10sccm ;靶材电压18V，电流110A ;控制偏压600V，持续480s，并升至800V，持续480s。
[0022]作为本发明的钻头表面涂层的加工工艺的改进，所述步骤S4中，通入氮气200sccm?350sccm ;靶材电压18V，电流180A ;控制偏压逐步降低，500V持续30s，200V持续 30s，100V 持续 30s，80V 持续 30s，60V 持续 800s。
[0023]作为本发明的钻头表面涂层的加工工艺的改进，所述步骤S5中，通入氮气400sccm ;偏压60V ;靶材电压15V，电流180A。
[0024]作为本发明的钻头表面涂层的加工工艺的改进，所述步骤S5还包括:提供TiAl靶持续1000s后，再提供Si靶，此时，靶材电压15V?18V，电流300A?350A，持续约500s，在所述主结构层上形成过渡层。
[0025]作为本发明的钻头表面涂层的加工工艺的改进，所述步骤S6中，通入氮气200sccm?250sccm和乙炔;偏压40V?60V ;靶材电压15V?18V，电流300A?350A，持续时间1000s ;同时逐步增加乙炔的气量，由8sccm逐步增加至20sccm。
[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果是:可实现高效加工，成本低廉，具有较好的经济效益，解决了在加工中等硬度合金钢时成本过高的问题。加工后的钻头寿命长，可达到200m以上。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的钻头表面涂层的一【具体实施方式】的截面图；
[0028]图2为本发明的钻头表面涂层的微观电镜图。
【具体实施方式】
[0029]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0030]如图1、2所示的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
[0031]如图1、2所示，图1为本发明的钻头表面涂层的一【具体实施方式】的截面图；图2为本发明的钻头表面涂层的微观电镜图。
[0032]所述钻头100表面具有涂层。所涂层依次包括:打底层10、主结构层20、以及表层30，所述打底层10附着于所述钻头表面，所述主结构层20位于所述打底层10和表层30之间。涂层表面维氏硬度Hv3000。
[0033]其中，所述打底层为Ti层，所述主结构层为TiAlN层，所述表层为Si层。所述主结构层与表层的厚度比例为:2.5:1。所述打底层10能够与所述钻头进行牢固结合；所述主结构层20能够用于承受加工产生的高温、抗击磨损；所述表层30则具有很高的硬度，耐磨损。
[0034]基于上述钻头表面涂层，本发明提供一种加工工艺，该加工工艺包括如下步骤:
[0035]S1.装载待加工的钻头，抽真空，使得钻头在真空环境下加热。
[0036]具体地，所述步骤SI中，所述真空环境的真空度大于1.0OOlmbar，所述加热温度控制在450?500 0C ο
[0037]S2.通入氩气，利用辉光放电清洗AlTi靶材和Si靶材。
[0038]所述步骤S2中，通入氩气lOOsccm，偏压500V，靶材电压18V，电流100A