[发明专利]一种钛金属加工用丝锥表面制备非晶碳涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于离子束材料表面改性技术领域，涉及一种制备非晶碳涂层的方法，尤其是一种钛金属加工用丝锥表面制备非晶碳涂层的方法。

背景技术

近年来,钛以及钛合金的优异性能，使其在工业产品中的使用越来越多，但由于钛和钛合金韧度高，为其加工带来一定的困难，尤其是攻丝加工时，容易使丝锥与基底粘结，导致刀具断裂，尤其小尺寸的挤压丝锥，问题更为严重，因此，解决加工中的断裂问题，可以延长丝锥的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钛金属加工用丝锥表面制备非晶碳涂层的方法，该方法制备的非晶碳结构涂层有较小的摩擦系数，可达0.1，具有较高的硬度，显微硬度可达85GPA。能够解决粘结断齿等问题，提高丝锥使用寿命5-10倍，减少更换刀具时间，提高生产率，节省使用丝锥数量。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种钛金属加工用丝锥表面制备非晶碳涂层的方法，包括以下步骤：

（1）基体预处理：首先对基体表面进行酒精脱水，然后放入丙酮溶液中，用超声波清洗，氮气吹干；所述基体为硬质合金或高速钢丝锥；

（2）离子清洗：将预处理后的基体放入镀膜机真空室的转台上进行离子清洗；

（3）形成非晶碳薄膜：启动过滤电弧离子源，离子源的工作气压为≤9×10^-4Pa，电弧电流为80～90A，石墨靶阴极的碳纯度为99.99%，通过电弧放电产生的局部高温使石墨表面气化成碳原子和分子，在放电室中进一步电离后形成碳离子，电离的碳离子通过磁过滤装置过滤掉中性石墨大颗粒后，被沉积在基体表面，形成非晶碳薄膜涂层。

进一步，上述步骤（2）中离子清洗是指，采用冷阴极离子源，进行离子清洗，离子源通入氩气，流量为10～20sccm,保持真空室气压2～6×10^-2Pa，离子源的放电电压为400V-600V，放电电流为100mA-200mA，引出电压为1000V-1200V，引出电流50mA-100mA，轰击部件10-30分钟，离子源纵向均匀尺寸为40mm，转台以3r/min的线速度旋转，保证横向清洗均匀。

进一步，上述步骤（3）中碳离子沉积是指，偏压采用直流脉冲，电源占宽比为1：1，偏压幅值为200V,转台以3r/min的线速度旋转，保证基体涂层横向均匀，磁场扫描线圈沿基体的纵向扫描，扫描的频率为50Hz，基体温度≤80C°，基体的涂层厚度为300-400nm。

上述基体表面形成的非晶碳薄膜涂层为非晶结构，涂层中SP³键结构含量≥80%。

本发明具有以下有益效果：

采用本发明的方法在丝锥材料表面形成的非晶碳涂层为非晶结构，涂层中SP³键结构含量≥80%，显微硬度可达85GPA，摩擦系数0.08-0.1；与没有镀非晶碳薄膜的样品相比，使用寿命最高可达10倍，非常适合于钛及钛合金金属攻丝，尤其是小孔径零件加工，可以大大提高生产率，节省刀具消耗量。

附图说明

图1为实现本发明方法所使用装置的结构示意图；

图中：1—过滤电弧离子源；2—S型磁过滤装置；3—真空室；4—冷阴极离子源；5—工装转台；6—工装架；7—抽气口；8—进气口；9—真空计；10—磁扫描线圈；11—石墨阴极；

图2为S型双弯管磁过滤装置的结构示意图；

图3为本发明所制备涂层的拉曼光谱图，定性的计算SP3键结构；

图4为本发明所制备涂层的磨损试验图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

本发明提供了一种钛金属用丝锥表面制备非晶碳涂层的方法，所述的丝锥称为基体，其为硬质合金或高速钢，该方法具体包括下列步骤：

（1）基体的预处理：首先对基体表面进行酒精脱水，然后放入丙酮溶液中，并用超声波清洗，最后用氮气吹干；

（2）将清洗后的镀件装入工装架6，立即放入镀膜机真空室3中的工装转台5上，如图1所示，防止再次污染，影响镀膜质量。涂层镀膜设备至少包括过滤电弧离子源1，S型磁过滤装置2，真空室3，冷阴极离子源4，工装转台5，工装架6，抽气口7，进气口8，真空计9，磁扫描线圈10，石墨阴极11。采用磁扫描，扫描方向在真空室纵向，横向扫描依靠转台的旋转保障，使镀膜在一个平面进行扫描，保证镀膜的均匀性。