一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头，包括AlTiN涂层，所述AlTiN涂层包括依次层叠的Cr结合层、CrN过渡层和AlTiN功能层；该AlTiN涂层具有极强的结合力，能够牢固地结合在微型钻头的表面，不易发生剥落现象，且涂层表面平滑、大颗粒数量少，可使微型钻头具有更高的硬度和高温耐磨性，在长期的高速运转中仍能保持极高的性能；本发明专利技术还公开了一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头的制备方法，其利用脉冲电弧技术在微型钻头表面制备AlTiN涂层，其通过控制氮气和氩气流量以及脉冲电弧峰值、占空比、频率，使得在脉冲放电期间能够产生更高密度的等离子体，使功能层沉积速率更快，该沉积工艺简单，重复性好，可应用在工业上的大批量上产，具有良好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头及其制备方法
本专利技术涉及微型钻头制造的
，尤其涉及一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头及其制备方法。
技术介绍
企业一般是通过微型钻头对PCB板进行钻孔加工。而现有的微型钻头，其基体材料为常用的合金钢材料，该材料虽然有高刚性和高硬度等优点，但钻头的直径很小，钻头刚度低，横向稳定性差，从而导致微型钻头在工作时容易出现折断、磨损的现象，对PCB板的加工造成不良的影响；因此，为了克服现有微型钻头的不足之处，并提高其性能品质，微型钻头有必要向高抗弯强度、高效率、高精度、寿命长、成本低等方向发展。现有技术中，一个有效提升微型钻头切削性能的途径是对微型钻头进行涂层处理。由于微型钻头工作时持续地高速钻削，热量积累在微型钻头上，容易导致微型钻头涂层磨损，使其硬度和韧性降低。目前，TiN涂层是由过渡金属Ti和N元素组成的氮化物涂层，具有高硬度、高强度、耐高温和耐磨损等良好性能，因此被广泛应用于微型钻头制造的
中。虽然TiN涂层的熔点高，但是在工作温度达到500℃以上时，TiN涂层会发生局部氧化成疏松的TiO2的情况，大大地降低了涂层与微型钻头之间的结合度，使得涂层迅速剥落、失效，最终导致微型钻头的性能严重下降。再者，电弧离子镀技术是现今应用较为广泛的微型钻头涂层制备方法，但传统的阴极电弧离子镀沉积而来的涂层，其表面粗糙、大颗粒数量较多，使得微型钻头在高速钻孔时摩擦力较大，产热更多，涂层磨损更快。因此，如何得到一种具有高硬度且高温耐磨的微型钻头涂层，已成为本领域技术人员的重要研究课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头及其制备方法，该AlTiN涂层具有极强的结合力，能够与微型钻头进行有效的结合，使涂层不易剥落，而且其通过脉冲电弧技术制得，解决了现有微型钻头涂层的表面粗糙、大颗粒数量较多、摩擦力较大磨损快的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头，包括：沉积在微型钻头表面的AlTiN涂层，所述AlTiN涂层包括依次层叠的Cr结合层、CrN过渡层和AlTiN功能层；所述CrN过渡层中各元素的原子百分比含量为：Cr：40～70at％，N：30～6at％；；所述AlTiN功能层中各元素的原子百分比含量为：Al：27～34at.％，Ti：14～20at.％，N：49～55at.％。可选的，所述Cr结合层为厚度为10～200nm的纯金属Cr层；所述CrN过渡层的厚度为100～500nm；所述AlTiN功能层的厚度为2～5μm。可选的，所述微型钻头的材料为高速钢。一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头的制备方法，包括工件预处理工序、工件刻蚀工序以及涂层沉积工序；所述涂层沉积工序，具体包括：沉积Cr结合层：调节偏压为-100～-300V，通入200～400sccmAr气，使腔压控制在1～2Pa，温度控制在300～450℃；开启纯金属Cr靶电弧电源，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，平均电流为60～120A，频率为5～180Hz，占空比为3％～70％，沉积Cr结合层8～10min；沉积CrN过渡层：调节偏压为-80～-140V，通入300～600sccmN2气，使腔压控制在1～2Pa，温度控制在300℃～450℃，开启Cr靶电弧电源，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，平均电流为60～120A，频率为5～180Hz，占空比为3％～70％，时间为20～40min，沉积CrN过渡层；沉积AlTiN功能层：调节偏压为-80～-150V，通入300～600sccmN2气，使腔压控制在1～2Pa，温度300℃～450℃，开启AlTi靶电弧电源，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，输出的脉冲平均电流60～120A，频率为5～180Hz，占空比为3％～70％，沉积AlTiN功能层120～240min。可选的，所述工件刻蚀工序，具体包括：脉冲刻蚀：打开加热器，使腔体升温至300℃～500℃；打开真空泵，使真空度降到5.0×10-3Pa以下；然后通入100～300sccmAr气和100～200sccmKr气，调节工件转架偏压为-700～-1000V，频率为20～240kHz，对微型钻头表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间为10～20min；直流刻蚀：通入150～300sccmAr气和100～200sccmKr气，调节工件转架偏压为-150～-300V，设定离子源电流为20～35A，对微型钻头表面进行直流刻蚀，刻蚀时间为20～60min。可选的，所述工件预处理工序，具体包括：工件清洗：将微型钻头置于超声清洗槽中，并用清洗溶液浸泡清洗微型钻头；工件风干：从超声清洗槽中取出清洗后的微型钻头并用N2气吹干；工件安装：将风干后的微型钻头固定在真空腔体内的工件转架上，使微型钻头与靶材位于同一水平面上，两者相距9～11cm，调整工件转架转速为2～5rpm。可选的，所述清洗溶液为丙酮或无水乙醇，清洗时间为15～20min。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头及其制备方法，该AlTiN涂层具有极强的结合力，能够牢固地结合在微型钻头的表面，不易发生剥落现象，且涂层表面平滑、大颗粒数量少，可使微型钻头具有更高的硬度和高温耐磨性，在长期的高速运转中仍能保持极高的性能；而且，本专利技术利用脉冲电弧技术在微型钻头表面制备AlTiN涂层，其通过控制氮气和氩气流量以及脉冲电弧峰值、占空比、频率，使得在脉冲放电期间能够产生更高密度的等离子体，使功能层沉积速率更快，再者，该沉积工艺简单，重复性好，可应用在工业上的大批量上产，具有良好的经济效益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例的AlTiN涂层的结构示意图；图2为本专利技术实施例的AlTiN涂层的表面图图3为本专利技术实施例的AlTiN涂层的截面图；图4为本专利技术实施例本专利技术AlTiN涂层在不同高温(400℃、600℃和800℃)下的摩擦系数图；图5为本专利技术实施例本专利技术AlTiN涂层在不同高温(400℃、600℃和800℃)下的二维轮廓磨痕图。具体实施方式为使得本专利技术的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本专利技术，而不是指示或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头，其特征在于，包括：沉积在微型钻头表面的AlTiN涂层，所述AlTiN涂层包括依次层叠的Cr结合层、CrN过渡层和AlTiN功能层；所述CrN过渡层中各元素的原子百分比含量为：Cr：40～70at％，N：30～6at％；所述AlTiN功能层中各元素的原子百分比含量为：Al：27～34at.％，Ti：14～20at.％，N：49～55at.％。

【技术特征摘要】
1.一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头，其特征在于，包括：沉积在微型钻头表面的AlTiN涂层，所述AlTiN涂层包括依次层叠的Cr结合层、CrN过渡层和AlTiN功能层；所述CrN过渡层中各元素的原子百分比含量为：Cr：40～70at％，N：30～6at％；所述AlTiN功能层中各元素的原子百分比含量为：Al：27～34at.％，Ti：14～20at.％，N：49～55at.％。2.根据权利要求1所述的微型钻头，其特征在于，所述Cr结合层为厚度为10～200nm的纯金属Cr层；所述CrN过渡层的厚度为100～500nm；所述AlTiN功能层的厚度为2～5μm。3.根据权利要求1所述微型钻头，其特征在于，所述微型钻头的材料为高速钢。4.一种沉积有AlTiN涂层的微型钻头的制备方法，其特征在于，包括工件预处理工序、工件刻蚀工序以及涂层沉积工序；所述涂层沉积工序，具体包括：沉积Cr结合层：调节偏压为-100～-300V，通入200～400sccmAr气，使腔压控制在1～2Pa，温度控制在300～450℃；开启纯金属Cr靶电弧电源，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，平均电流为60～120A，频率为5～180Hz，占空比为3％～70％，沉积Cr结合层8～10min；沉积CrN过渡层：调节偏压为-80～-140V，通入300～600sccmN2气，使腔压控制在1～2Pa，温度控制在300℃～450℃，开启Cr靶电弧电源，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，平均电流为60～120A，频率为5～180Hz，占空比为3％～70％，时间为20～40min...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启民，伍一铭，吴正涛，钟星，刘凡，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44