用于階梯復(fù)合刀具金剛石涂層的雙層熱絲涂覆工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)加工刀具的制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于階梯復(fù)合刀具金剛石涂層的雙層熱絲涂覆工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于加工孔類的刀具來說，由于孔的形狀、規(guī)格、精度和用途的不同，因此，加工方法也不同，這使得孔加工刀具種類繁多。階梯孔刀具由于具有較高的效率，應(yīng)用較為廣泛，此類刀具目前基本都是整體硬質(zhì)合金刀具。在加工較硬的難加工材料時(shí)，普通的硬質(zhì)合金刀具往往容易磨損，生產(chǎn)效率較低，另一方面，在鉆孔過程中，由于硬質(zhì)合金刀具的磨損，會(huì)使得刀具表面粗糙度高，從而使得孔的表面質(zhì)量有所降低，造成加工誤差。同時(shí)，由于刀具的耐用度較低，造成加工成本較高且影響生產(chǎn)效率。金剛石是目前已知自然界硬度最高的物質(zhì)，經(jīng)常作為刀具、磨具材料應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，但是它十分珍貴稀少。CVD金剛石薄膜具有一系列優(yōu)異性能，它具有十分接近天然金剛石的硬度、高的彈性模量、極高的熱導(dǎo)率、低的摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性以及極好的抗酸、抗堿、抗各種腐蝕性氣體侵蝕的優(yōu)異性能。因此，可以在刀具鉆削部分涂上一層CVD金剛石薄膜，這層薄膜具有高彈性模量，高硬度，高熱導(dǎo)率及良好的穩(wěn)定性。
[0003]但是目前針對(duì)CVD金剛石涂層刀具制備的熱絲布置方式大體有以下幾種，一種是熱絲單層布置，在制備簡(jiǎn)單的平面金剛石涂層刀具時(shí)，鉭絲的布置和襯底表面是平行的，通過高溫使得熱絲電離出碳離子團(tuán)和碳?xì)潆x子團(tuán)，沉積到襯底表面形成比較均勻的金剛石薄膜，但是針對(duì)這種階梯型復(fù)合刀具，單層布置的鉭絲只能涂一層，不能同時(shí)把上下兩層都涂上；另一種是熱絲環(huán)繞布置，但是由于此類刀具階梯孔內(nèi)外直徑差別大，不能同時(shí)把里外兩層都均勻地涂上，而且環(huán)繞的鉭絲受高溫影響容易彎曲，從而使得在生長(zhǎng)階段的電流上不去，進(jìn)而影響刀具涂層的效果。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索，中國專利申請(qǐng)?zhí)?01110028846.2記載了一種“復(fù)雜形狀金剛石涂層刀具鉭絲化學(xué)氣相沉積批量制備方法”，此發(fā)明采用上下兩行熱絲且上行熱絲高度與硬質(zhì)合金刀具的刀尖相同，下行熱絲的高度正對(duì)刀刃底部的布置方式，刀具豎直插入底座。但是針對(duì)復(fù)雜形狀的階梯孔刀具，其內(nèi)外孔徑差異大，若用此布置方式，容易造成各個(gè)沉底表面溫度不均勻，從而影響表面質(zhì)量，而且此裝置不能根據(jù)刀具的不同長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)上下熱絲的高度，因此上述方法都不適用于孔徑差異較大的階梯孔鉆頭工具的金剛石涂層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種可根據(jù)刀具的不同長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)上下熱絲高度、確保沉底表面溫度均勻及涂層表面質(zhì)量的用于階梯復(fù)合刀具金剛石涂層的雙層熱絲涂覆工藝。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:用于階梯復(fù)合刀具金剛石涂層的雙層熱絲涂覆工藝，包括以下步驟: (1)、把階梯復(fù)合刀具放到鹽酸與硝酸的混合溶液中進(jìn)行超聲清洗方式的預(yù)處理，確保鉆削部分每個(gè)層面都能清洗到；
(2)、在反應(yīng)室內(nèi)組裝雙層熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；
(3)、對(duì)雙層熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的熱絲進(jìn)行碳化；
(4)、將階梯復(fù)合刀具放置到雙層熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)當(dāng)中；
(5)、在反應(yīng)室內(nèi)對(duì)刀頭表面進(jìn)行形核、生長(zhǎng)處理，其中形核時(shí)壓力為一99.6Kpa，熱絲功率維持在750?850W，偏壓電流為0.8A，偏流功率維持在45?55W，熱絲溫度維持在1700?1900°C，襯底溫度維持在700?800°C，保持30分鐘；生長(zhǎng)時(shí)壓力為一 98Kpa，保持鉭絲功率維持在1750?1850W，偏壓電流為0.3A，偏流功率維持在15?25W，熱絲溫度維持在1900?2100°C，襯底溫度維持在800?900°C，保持3個(gè)小時(shí)；最后在階梯復(fù)合刀具的鉆削部分表面沉積一層金剛石薄膜。
[0006]所述雙層熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括設(shè)在工作臺(tái)左側(cè)和右側(cè)分別垂直設(shè)置有兩根螺柱電極和三根螺柱電極，右側(cè)的三根螺柱電極上通過緊固螺栓水平設(shè)有兩塊上夾持板和兩塊下夾持板，左側(cè)的兩根螺柱電極上分別設(shè)有一個(gè)縱截面呈L型的第一彈簧片，第一彈簧片前側(cè)通過水平設(shè)置的第一螺栓連接有縱截面呈倒L型的第二彈簧片，第一彈簧片后側(cè)通過水平設(shè)置的第二螺栓連接有縱截面呈倒L型的第三彈簧片，第三彈簧片上表面高于第二彈簧片上表面，第三彈簧片上部向前延伸到第二彈簧片正上方，第二彈簧片上用于穿設(shè)第一螺栓的孔以及第三彈簧片上用于穿設(shè)第二螺栓的孔在垂直方向上均為長(zhǎng)孔結(jié)構(gòu)；兩塊下夾持板前側(cè)和后側(cè)分別夾持一根下熱絲，下熱絲的左側(cè)使用下固定螺栓分別對(duì)應(yīng)固定在第二彈簧片頂部，兩塊上夾持板前側(cè)和后側(cè)分別夾持一根上熱絲，上熱絲的左側(cè)使用上固定螺栓分別對(duì)應(yīng)固定在第三彈簧片頂部，前側(cè)的上熱絲和下熱絲平行且上下對(duì)應(yīng)，后側(cè)上熱絲和下熱絲平行且上下對(duì)應(yīng)。
[0007]所述上熱絲和下熱絲均采用Φ 5mm的鉭絲，第一彈簧片、第二彈簧片和第三彈簧片均為耐高溫彈簧片，第一彈簧片、第二彈簧片和第三彈簧將兩根上熱絲和兩根下熱絲拉直，上層的兩根上熱絲間距為30mm，下層兩根下熱絲間距也為30mm，上熱絲和下熱絲間距為 24mmο
[0008]所述步驟(3)具體為，抽真空后將反應(yīng)室內(nèi)部壓力調(diào)到一 95.6Kpa，同時(shí)將鉭絲電壓依次升至5V、8V、10V、12V、14V，以上每次升壓過程各保持10分鐘，最后升至16V，保持5分鐘。
[0009]所述步驟(4)具體為，將預(yù)處理后的階梯復(fù)合刀具水平橫放固定在提前做好的L型支撐板的安裝孔中，然后連同支撐板放在工作臺(tái)上，使得階梯復(fù)合刀具水平橫放放置于上熱絲與下熱絲中間，把切削部分放置在兩根上熱絲與兩根下熱絲所構(gòu)成的矩形的中心位置，這樣可使階梯復(fù)合刀具的每一個(gè)切削面在接下來的沉積生長(zhǎng)中都保持溫度平衡穩(wěn)定，從而保證金剛石薄膜涂的均勻。
[0010]當(dāng)階梯復(fù)合刀具的切削部分分別距離上熱絲和下熱絲不同時(shí)，擰松第一螺栓或第二螺栓，第二彈簧片和第三彈簧片上下移動(dòng)到位后再擰緊第一螺栓或第二螺栓。
[0011]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)、本發(fā)明可以針對(duì)上下左右平面進(jìn)行涂層，保證了在涂層生長(zhǎng)過程中溫度的恒定，并且每個(gè)平面與鉭絲的距離適中，不會(huì)出現(xiàn)因溫度過高而熔化，特別適用于階梯孔徑差別較大且孔深的刀具金剛石涂層；
(2)、本發(fā)明的四根熱絲分層布置可以增加碳源的電離程度，并且能夠增大形核時(shí)金剛石顆粒的密度；
(3)、本發(fā)明采用這種組裝式的裝置，可以通過上、下層彈簧片之間的長(zhǎng)孔來調(diào)節(jié)上熱絲與下熱絲的距離，比較方便可靠；
(4)、本發(fā)明采用的裝置的單個(gè)彈簧片受力更小，而且單個(gè)彈簧片拉緊時(shí)的反作用力也足以保證熱絲不變形，可以有效地確保生長(zhǎng)電流的穩(wěn)定。
[0012](5)、本發(fā)明采用將階梯刀具橫放固定在支撐板上的方法，保證了在旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上穩(wěn)固的放置，而且保持溫度平衡，金剛石涂層沉積的面積更加均勻。
[0013](6)、本發(fā)明的上熱絲和下熱絲的分層極大的縮短了沉積的時(shí)間，確保一次性涂完整個(gè)刀具的鉆削部分，極大的降低了成本，提高了加工效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中第一彈簧片分別與第二彈簧片和第三彈簧片之間的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的用于階梯復(fù)合刀具金剛石涂層的雙層熱絲涂覆工藝，包括以下步驟:
(1)、把階梯復(fù)合刀具I放到鹽酸與硝酸的混合溶液中進(jìn)行超聲清洗方式的預(yù)處理，確保鉆削部分每個(gè)層面都能清洗到；
(2)、在反應(yīng)室內(nèi)組裝雙層熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；
(3)、對(duì)雙層熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的熱絲進(jìn)行碳化；
(4)、將階梯復(fù)合刀具I放置到雙層熱絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)當(dāng)中；
(5)、在反應(yīng)室內(nèi)對(duì)刀頭表面進(jìn)行形核、生長(zhǎng)處理，其中形核時(shí)壓力為一99.6Kpa，熱