本发明属于镀膜工艺技术领域，具体涉及在冲孔针头表面多弧离子镀掺杂钛的类金刚石膜的方法。
背景技术：
成纤聚合物在溶剂中溶解成溶液，或将成纤聚合物切片在螺杆挤出机中加热熔融成熔体，经纺前准备工序后入纺丝机，用纺丝泵(计量泵)将纺丝溶液或熔体定量、连续、均匀地从喷丝头的细孔压出，这种细流在水、凝固液或空气中固化，生成初生纤维，此过程即纤维成形。喷丝头是化学纤维纺丝机上的关键部件，上面有许多大小一致的微孔。由于化纤产品表面必须光滑，这就要求喷丝头微孔内壁光洁度要高，因此，用于喷丝头冲孔的碳钢针头这一部件表面的粗糙度必须低，否则会直接影响纤维的质量。目前所使用的碳钢针头存在一些迫切需要解决的问题：(1)在打孔过程中针头与喷丝头频繁的碰撞会使得针头受到挤压甚至打断；(2)打孔过程中，针头表面受摩擦的作用会发生磨损。当出现上述问题时需要人工重新磨细或者更换，这样会严重降低生产效率并导致生产成本的升高，直接影响工厂的经济效益。为了化纤行业能够进一步发展，目前需要改善碳钢针头的硬度与强度即耐磨性，与此同时还要具有很小的摩擦系数。
未镀膜高速钢针头实际冲孔数目为2100孔，也就是一根高速钢针头只能完成一个喷丝头的冲孔任务。喷丝头冲孔期间中，针头容易出现磨损磨断现象，而针头都是先通过数控磨针机打磨，再通过人工多次研磨抛光制成，最后通过数控测针机检查针头的形状尺寸，十分费时费力。一旦磨断，需要立即更换新的针头并且制作备用针头，影响订单完成速度和效益。
由上可知，必须要对碳钢针头进行表面工程处理，常见的表面工程技术有表面淬火及化学热处理、堆焊、热喷涂、电镀、气相沉积，气相沉积又包括化学气相沉积(cvd)与物理气相沉积(pvd)。化学气相沉积目前主要有：常压化学气相沉积，超高真空化学气相沉积，低压化学气相沉积，物理气相沉积法主要有：真空蒸镀，溅射镀膜，电弧等离子体镀膜等。上述表面工程技术中前三种方法耗能高，电镀不仅耗能高而且会带来污染，目前已被国家明令禁止，而气相沉积具有低能耗，污染小，膜层均匀等特点。
近来新兴的一种薄膜——类金刚石薄膜(dlc)，其是以sp2与sp3键的形式结合而成的一种亚稳态材料，具有高硬度，高弹性模量，高热导率，高化学稳定性，低摩擦系数，低热膨胀系数等性质，可以说是一种理想的膜层。对于类金刚石薄膜，由于其是非稳态材料，内部存在较大的内应力，这会降低膜基结合强度；同时dlc薄膜在温度达到350e以上时，会逐渐石墨化。
目前沉积dlc薄膜的主要方法是多弧离子镀法，采用多弧真空离子镀膜机，离子镀是指在真空室中，利用气体放电或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质粒子轰击作用的同时，将蒸发物或反应物沉积在基片上。多弧离子镀有以下优点：(1)离化率高，可达60％～80％；(2)蒸镀速率快；(3)入射粒子能量高，形成的薄膜致密度高，附着性好，耐久性好；(4)从阴极直接产生等离子体，阴极靶可根据工件形状在任意方向布置，可以使夹具大为简化。
技术实现要素：
为了克服背景技术所述的不足,本发明提供一种冲孔针头表面多弧离子镀掺杂钛的类金刚石膜的方法，申请人通过对镀膜工艺大量摸索，优化了镀膜的工艺条件，降低了dlc薄膜的内应力并提高其热稳定性，这样使得材质的高温强度好，钢的软化程度减少，因此在高温镀膜后能在喷丝头冲孔中保持其本征硬度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种冲孔针头表面多弧离子镀掺杂钛的类金刚石膜的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)采用水磨砂纸对冲孔针头基体试样表面进行逐级打磨，并用al2o3粉抛光至镜面状态，直至基体表面无明显划痕；
(2)将冲孔针头基体试样放入超声波清洗机中，依次在石油醚和无水乙醇中进行超声清洗，烘干后放入多弧真空离子镀膜机的真空室中待沉积；
(3)开启多弧真空离子镀膜机，多弧真空离子镀膜机所选用靶材为钛靶，抽真空，加热，冲入氩气，控制氩气的流量，维持气压的稳定，开启偏压轰击，进行辉光清洗，直到偏压表指针稳定；
(4)进行弧光清洗，维持偏压，调整钛靶电流；
(5)调整偏压，通入c2h2，在冲孔针头基体试样上镀含ti的类金刚石膜。
优选的，步骤(1)中，依次采用240#、320#、600#、800#、1000#、2000#的水磨砂纸对冲孔针头基体试样表面进行逐级打磨，去除针头表面氧化层及毛刺等，保证好的成膜质量。
优选的，步骤(2)中，分别在石油醚和无水乙醇中超声清洗30min，石油醚和无水乙醇均为分析纯，超声波清洗功率为500w；超声波清洗去除基体表面粘附的各种粉尘、油脂、汗渍及吸附的气体等，以保证强的膜基结合力。
优选的，步骤(3)中，抽真空至5×10-3pa，经过50-80min后，加热至200℃，冲入99.99％的高纯氩气，氩气流量控制由80sccm逐渐递减到50sccm，气压最后维持在5×10-2pa；进行辉光清洗时，占空比调为60％，偏压从-400v逐渐增加到-600v，清洗时间为5-8min，直到偏压表指针稳定。经过化学清洗之后的工件表面还会留下很薄的残留物质，加上真空室内也绝非清洁，在真空离子放电过程中这些污处会出现异常的放电现象产生污点，所以要获得高质量的镀膜还需要对工件进行辉光离子轰击清洗。它的主要作用是将工件表面吸附的气体，杂质原子以及工件表面层原子碰撞下来，即活化了金属表面以提高镀膜的结合力和成膜质量。另外，带有高能量的离子在轰击工件时，将能量传递给工件，使工件温度上升，起到了预轰击加热的作用。
优选的，步骤(4)中，偏压维持在-400v到-500v之间，调整钛靶电流为115a，清洗时间为4min。弧光清洗目的：进一步轰击溅射清洗活化基体表面；使基体表面粗化产生缺陷，提高膜基结合力；使基体温度升高，可以不用另设外加热源；轰击离子可以在试样表面区产生非扩散型混合，形成共渗层，大大提高膜/基结合力。
优选的，步骤(5)中，调整偏压为-250v，c2h2的流量控制为300sccm，镀含ti的类金刚石膜的时间为45min。
优选的，步骤(5)中，所述的合金元素包括w、mo、cr、v、co或ti中的一种，通过合金元素的溶入，这样使得材质的高温强度好，钢的软化程度减少，因此在高温沉积后能在喷丝头冲孔中保持其本征硬度。
本发明的优点是：本发明制作工艺简单，冲压性能较未镀膜冲孔针头有极大的提高，从而提高了喷丝头冲孔针头的寿命，随着合金元素的熔入，材质的高温强度好，钢的软化程度减少，在高温镀膜后能在喷丝头冲孔针头中保持其本征硬度。
附图说明
图1为本发明所使用的100倍显微镜下高速钢冲针针尖实物图；
图2为多弧离子镀沉积不同偏压沉积的掺ti的dlc光学显微照片，其中(a)-150v；(b)-200v；-(c)250v；
图3为采用实施例1制备得到的掺杂ti的dlc镀膜针头现场冲孔显微照片，其中(a)冲孔2900次；(b)冲孔4900次。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明：
实施例1
本实施例采用北京华宇创新科贸有限责任公司提供的高速钢，冲针，化学成分见表1。
表1高速钢冲针化学成分
针头整体长度36mm，直径1.0mm，针尖直径约0.06mm，长度约0.4mm。采用多弧真空离子镀膜机沉积dlc薄膜，多弧真空离子镀膜机所选用靶材为钛靶。
首先使用水磨砂纸对碳钢针头基体试样表面进行逐级打磨(240#—320#—600#—800#—1000#—2000#)，并用al2o3粉抛光至镜面状态，直至基体表面无明显划痕。然后利用功率为500w的超声波清洗机对试样进行超声波清洗，依次在石油醚(分析纯)和无水乙醇(分析纯)中清洗30min，用吹风机烘干后放入多弧真空离子镀膜机真空室待沉积。
调节多弧真空离子镀膜机的参数，首先抽真空至5×10-3pa，60min后，加热至200℃，冲入99.99％的高纯氩气，流量控制由80sccm逐渐递减到50sccm，气压最后维持在5×10-2pa，开启偏压轰击，进行辉光清洗，占空比调为60％，偏压从-400v逐渐增加到-600v，清洗时间控制在6min左右，直到偏压表指针稳定。然后进行弧光清洗，偏压维持在-400v到-500v之间，钛靶电流115a，清洗4min。调整偏压至-250v，而后通入c2h2，流量控制在300sccm，在基体上镀含ti的dlc薄膜。重复上述步骤，在高速钢基体上进行多周期复合操作。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例仅在实施例1中的最后一步中，调整偏压至-150v，而后通入c2h2，流量控制在300sccm，在基体上镀含ti的dlc薄膜。其它部分与实施例1完全一致。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例仅在实施例1中的最后一步中，调整偏压至-200v，而后通入c2h2，流量控制在300sccm，在基体上镀含ti的dlc薄膜。其它部分与实施例1完全一致。
样品检测和分析：
如图2所示，为实施例1、2、3在不同偏压沉积的掺ti的dlc光学显微照片，其中(a)-150v；(b)-200v；(c)-250v；结果表明，偏压为-150v，膜层表面形貌粗糙，液滴数目较多且尺寸大。偏压为-200v，表面液滴数目逐渐减少，膜层致密度变好，表面粗糙度变小膜层致密，且颗粒尺寸细化。偏压为-250v，膜层表面平整，进一步光滑致密，液滴数量几乎没有。由于偏压增大，轰击薄膜的离子能量增大，扩散活性大，不易聚集大颗粒，此外，高能离子的轰击也有利于击碎薄膜中的大颗粒，所以液滴数量和尺寸都减少。可见，偏压对膜层表面粗糙有重要的影响。偏压的升高可适当抑制大颗粒到达基体表面。颗粒尺度越小，电场力对比优势越明显，即偏压对小尺度的颗粒净化作用更敏感。另一方面，偏压下高能离子轰击可以细化宏观颗粒，通过溅射剥离作用将之消除，从而达到净化表面的作用。但是当偏压值再增大时，表面会出现凹坑。这是由于液滴与薄膜的结合较差，偏压增高，离子对沉积薄膜的轰击作用增强，易溅射掉一些大液滴颗粒等缺陷。
如图3所示，为采用实施例1制备得到的掺杂ti的dlc镀膜针头现场冲孔显微照片，其中(a)冲孔2900次；(b)冲孔4900次。图3(a)显示出冲孔2900后的显微照片，膜层磨薄；图3(b)示出冲孔4900后的显微照片，工作区部位薄膜开始出现剥落。对比未镀膜高速钢针头实际冲孔2100孔，镀dlc膜针头冲孔数目提高了一倍，极大的提高了冲孔针头的冲压性能。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。