一种陶瓷刀具的表面改性方法
【专利摘要】本发明涉及一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技术对清洗过的刀具进行表面改性。本发明所述等离子体在基体中的热扩散层深度大；在镀膜过程中等离子体同时产生离子注入和气相沉积效应，并在沉积过程中还存在淬火效应。
【专利说明】一种陶瓷刀具的表面改性方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷刀具的表面改性方法，具体涉及一种陶瓷刀具的PHEDP离子注入表面改性法，属于陶瓷刀具的制备及机械加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前常用的金属切削刀具表面改性工艺有物理气相淀积(PVD)和化学气相淀积(CVD)0其中，CVD法常用在耐高温刀具基体(如硬质合金刀具)上淀积薄膜，因为CVD工艺需要在高温(750?10(TC)下进行，只有使用特殊前躯体才能降低反应温度，因此能耗高、环境污染严重。与CVD法相比，PVD法对环境友好，适合淀积三元和多元亚稳定薄膜。淀积温度低(180?500°C )，不会降低基体硬度，常用作导电性良好的金属类刀具的表面改性。但是仍然存在薄膜与基体结合力不够理想以及淀积速率太低的问题。
[0003]陶瓷具有高硬度和高温强度、抗蠕变、高抗氧化性能和高温化学稳定的优点，但其化学键局限，制备过程中容易出现微裂纹和缺陷，使表面表现断裂敏感性，表现出低韧性、抗拉伸强度、低抗弯强度等缺点，材料可靠性和重现性差，磨损系数较高、磨损行为欠佳、抗热震性能不足。同时，对于陶瓷刀具来说，由于大多数陶瓷刀具自身的非导电性，作为PVD工艺的沉积基体，难于施加负偏压，因此PVD法对陶瓷刀具(尤其是非导电或者弱导电陶瓷刀具)基本上不可行。
[0004]本发明的目的旨在提供一种能够提高陶瓷刀具涂层硬度、膜基结合强度的表面改性方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法能够提高陶瓷刀具的韧性和耐磨性，增强膜基粘结能力。
[0006]本发明通过选择合适的表面改性方法PHEDP方法，即脉冲高能量密度等离子体注入法，优化注入工艺，对陶瓷刀具表面进行改性，提高涂层的硬度，膜基的结合强度，改进陶瓷刀具的切削性能。
[0007]PHEDP同轴枪是一种理想的复合表面处理技术，它同时兼具离子注入、物理气相沉积和等离子体氮化等多种不同的以真空为基础的表面处理技术的优点。PHEDP同轴枪镀膜系统包括3个部分:快速脉冲电磁进气阀，脉冲等离子体枪和真空反应室。其工作原理是:镀膜时，当反应室基底压力低于10_3Pa时，在脉冲等离子体同轴枪内外电极之间加载一个几千伏的电压。
[0008]用快速脉冲电磁进气阀控制进入反应室的工作气体压力，当气压达到设定值时，将激发放电。放电将导致工作气体和电极材料离子化为等离子体。然后等离子体在Lorentz力作用下，被加速到10?50km/s高的线速度。在加速过程的最后，在等离子体中几乎没有非离子化的原子，等离子体从同轴等离子体枪中喷出，轰击到样品表面，并可能在等离子体和基体材料之间发生一些特殊反应。
[0009]本发明是通过如下技术方案实现的:
[0010]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技术对清洗过的刀具进行表面改性。
[0011]脉冲高能量密度等离子体枪起源于热核聚变领域，是利用电磁加速机制，产生极高参数的定向喷射的短脉冲高能量密度等离子体(PHEDP)束。
[0012]通过PHEDP注入技术，陶瓷刀具的涂层硬度得以提高，膜基的结合强度增大，陶瓷刀具的切削性能得到改进。
[0013]优选地，所述PHEDP的等离子密度为114?1016cnT3，例如0.1 X 115Cm'
0.3 X 115Cm 3、0.9 X 1015cm 3、4 X 1015cm 3、9 X 115Cm 3、9.IX 115Cm 3、9.6 X 115Cm 3 等。
[0014]优选地，所述PHEDP的电子温度为15?16K,例如0.1 X 16K, 1.4 X 16K,2.2X 106Κ、3.5Χ 106Κ、4.7Χ 106Κ、5.6Χ 106Κ、6.5Χ 106Κ、7.4Χ 16K,8.8X 16K,9.4Χ 16K
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[0015]优选地，所述PHEDP的功能密度为15?16Wcm2,例如0.4X 16Wcm2,
1.7 X 16Wcm2,2.6 X 16Wcm2,4X 16Wcm2,6.5 X 16Wcm2,8.7 X 16Wcm2,9.1 X 16Wcm2 等。
[0016]优选地，所述PHEDP的脉冲幅度为40?70 μ S，例如42 μ s、49 μ s、54 μ s、58 μ S、64 μ s、69 μ s 等,优选 60 μ s。
[0017]优选地，所述PHEDP的脉冲频率为0.5?1.5X ΙΟΥ1例如0.6 X KT2S'
0.9XlOW 1.3X KT2S'1.4X 10? 等。
[0018]所述PHEDP的工作气体为氮气。
[0019]优选地，注入离子在陶瓷中的深度分布为50?300nm,例如52nm、57nm、61nm、64nm、69nm、73nm、78nm、95nm、105nm、126nm、152nm、179nm、186nm、206nm、247nm、252nm、280nm、296nm 等，优选 100 ?200nm。
[0020]优选地，所述陶瓷刀具在进行离子注入前，先依次进行抛光、研磨、清洗步骤。
[0021]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0022]( I)等离子体在基体中的热扩散层深度大；
[0023](2)在镀膜过程中等离子体同时产生离子注入和气相沉积效应，并在沉积过程中还存在淬火效应。
【具体实施方式】
[0024]为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下:
[0025]下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明:
[0026]实施例1
[0027]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技术对清洗过的刀具(所述刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具)进行表面改性；所述PHEDP的等离子密度为1016cnT3，电子温度为15K,功能密度为16Wcm2，脉冲幅度为40 μ S，脉冲频率为
1.5 X ΙΟ?工作气体为氮气。
[0028]PHEDP离子注入后，陶瓷刀具的离子注入深度为300nm。
[0029]实施例2
[0030]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技术对清洗过的刀具(所述刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具)进行表面改性；所述PHEDP的等离子密度为1014cm_3，电子温度为16K,功能密度为15Wcm2，脉冲幅度为70 μ S，脉冲频率为0.5 X ΙΟ?工作气体为氮气。
[0031]PHEDP离子注入后，陶瓷刀具的离子注入深度为400nm。
[0032]实施例3
[0033]一种陶瓷刀具的表面改性方法，所述方法采用PHEDP注入技术对清洗过的刀具(所述刀具为结晶氧化铝和热压氮化硅陶瓷刀具)进行表面改性；所述PHEDP的等离子密度为5 X 1015cm_3，电子温度为0.5 X 16K,功能密度为0.6 X 16Wcm2,脉冲幅度为60 μ s，脉冲频率为1.3 X KT2iT1，工作气体为氮气。
[0034]PHEDP离子注入后，陶瓷刀具的离子注入深度为600nm。
[0035]应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
[0036] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1.一种陶瓷刀具的表面改性方法，其特征在于，所述方法采用PHEDP技术对清洗过的刀具进行表面改性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的等离子密度为114?1016cnT3。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的电子温度为15?106K。
4.如权利要求1?3之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的功能密度为15?16Wcm2。
5.如权利要求1?4之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的脉冲幅度为40?70 μ s,优选 60 μ S。
6.如权利要求1?5之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的脉冲频率为0.5?1.5 X 10 2s 1O
7.如权利要求1?6之一所述的方法，其特征在于，所述PHEDP的工作气体为氮气。
8.如权利要求1?7之一所述的方法，其特征在于，注入离子在陶瓷中的深度分布为50 ?300nm,优选 100 ?200nm。
9.如权利要求1?8之一所述的方法，其特征在于，所述陶瓷刀具在进行离子注入前，先依次进行抛光、研磨、清洗步骤。
【文档编号】C23C14/48GK104278247SQ201310294550
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】李飞 申请人:无锡成博科技发展有限公司