一种具有PVD涂层的钻头制造技术

一种具有PVD涂层的钻头，其特征在于，包括钻头基体、由内而外依附在基体表面的结合层和依次重复N个周期的调制层和功能层。所述的结合层为AlCr涂层，其厚度为0.5‑0.8um，其中AlCr涂层的Al与Cr的物质的量之比为70∶30；所述的调制层为AlCr涂层，其厚度为0.16‑0.20um，其中AlCr涂层的Al与Cr物质的量之比为70∶30；所述的功能层为TiSi涂层，其厚度为0.14‑0.16um，其中TiSi涂层中Ti与Si物质的量之比为85∶15。所述的依次重复N个周期的调制层和功能层的总厚度为1.3‑2.7um，4≤N≤6，n为自然数。

【技术实现步骤摘要】
一种具有PVD涂层的钻头
本技术属于表面处理
，涉及一种金属钻头的表面处理技术，特别是涉及一种纳米结构的PVD涂层金属钻头。
技术介绍
为了提高金属钻头的耐磨损，目前国内外常采用渗氮、渗金属、电镀、化学镀等方法来强化钻头的表面。但处理工艺存在一定程度的污染，并且硬度低。物理气相沉积(PVD,physicalVaporDeposition)是在现代物理、化学、材料学、电子学等多学科基础上发展起来的一门先进的工程技术。它是将靶材(所镀薄膜材料)在真空环境下，经过物理过程而沉积在衬底(需镀膜工件)表面的过程。使用物理气相沉积技术在廉价的金属材料表面制造硬质陶瓷涂层是近年来研究的热点，在工具和模具上已经取得了成功的应用，解决了刀具的磨损和耐高温问题。电弧离子镀和磁控溅射是PVD方法中最为常见的硬质陶瓷涂层的制造技术，目前刀具和模具上常用的TiN、CrN等涂层就是采用电弧离子镀技术制造的。但常规电弧离子镀制造的陶瓷涂层如TiN、CrN等其硬度只有渗氮的两倍，耐磨寿命有限，同时不具有润滑性能。在钻头表面使用时具有很大的局限性。
技术实现思路
为了解决以上问题，本技术提出一种经过PVD表面处理的钻头。采用本技术的经过PVD表面处理的钻头，可以有效提升金属钻头硬度、耐磨性、和耐高温性能，从而提高金属钻头的使用寿命和产品质量、生产效率。一种经过PVD表面处理的钻头，其特征在于，包括钻头基体1、由内而外依附在基体1表面的结合层2和依次重复N个周期的调制层31和功能层32。所述的结合层2为AlCr涂层，其厚度为0.5-0.8um，其中AlCr涂层的Al与Cr的物质的量之比为70：30；所述的调制层31为AlCr涂层，其厚度为0.16-0.20um，其中AlCr涂层的Al与Cr物质的量之比为70：30；所述的功能层32为TiSi涂层，其厚度为0.14-0.16um，其中TiSi涂层中Ti与Si物质的量之比为85：15。所述的依次重复N个周期的调制层31和功能层32中，4≤N≤6，n为自然数。膜层的总厚度(结合层2+调制层31+功能层32)为1.3-2.7um。一种经过PVD表面处理的钻头，其处理工艺如下：A、抽真空、加热：首先将基体1材料放置于真空镀膜设备中，调节设备真空度为6*10-5mbar，加热1h左右，使得温度升高到460-480℃。B、清洁基体1：离子轰击，偏置电压为10V，分子泵运行频率从起始抽真空时的100％下降到72％，在设备中同时通入纯度为99.999％的高纯度氢气(H)和99.999％的高纯度氩气(Ar)，氢气(H)的流量为50-200sccm，氩气(Ar)的流量为50sccm，通气时间为20-30min。接着，偏置电压设为200V，在设备中通入高纯度氩气(Ar)，氩气(Ar)的流量为50sccm，通气时间为20-30min。C、镀结合层2：分子泵频率为72％，在设备中充入氮气(N)，使得设备中的压力为2.5*10-2mbar，单开AlCr70/30靶材，弧电流为150A，偏置电压为40-120V，涂层时间为25-30min。D、镀调制层31：分子泵频率为72％，在设备中充入氮气(N)，使得设备中的压力为4*10-2mbar，单开AlCr70/30靶材，弧电流为180A，偏置电压为120V，涂层时间为7-10min。E、镀功能层32：分子泵频率为72％，在设备中冲入氮气(N)，使得设备中的压力为4*10-2mbar，单开TiSi85/15靶材，弧电流为200A，偏置电压为40V，涂层时间为7-10min。F、上述步骤D、步骤F为一组，循环工作4-6个周期，使得膜层的总厚度(结合层2+调制层31+功能层32)为1.3-2.7um。G、最终出炉前将温度降低至200℃以下。采用本技术的方法制备的涂层的硬度为3100-3500V，结合力采用洛氏硬度计测量可以达到HF1标准，与金属的摩擦摩擦系数为0.25，耐热温度为1000℃。由此可见，采用本技术的经过PVD处理的钻头，可以有效提升金属钻头硬度、耐磨性、和耐高温性能，从而提高金属钻头的使用寿命和产品质量、生产效率。为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术的权利要求。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围内。附图说明图1为本技术的具有PVD涂层的钻头的剖视结构示意图。主要元件符号说明：钻头基体1结合层2调制层31功能层32如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本技术。具体实施方式具体实施案例1：一种经过PVD表面处理的钻头，其特征在于，包括钻头基体1、由内而外依附在基体1表面的结合层2和依次重复4个周期的调制层31和功能层32。所述的结合层2为AlCr涂层，其厚度为0.6um，其中AlCr涂层的Al与Cr的物质的量之比为70：30；所述的调制层31为AlCr涂层，其厚度为0.18um，其中AlCr涂层的Al与Cr物质的量之比为70：30；所述的功能层32为TiSi涂层，其厚度为0.15um，其中TiSi涂层中Ti与Si物质的量之比为85：15。所述的膜层的总厚度为1.92um。经过PVD表面处理的钻头涂层的硬度为3300V，结合力采用洛氏硬度计测量可以达到HF1标准，与金属的摩擦摩擦系数为0.25，耐热温度为1000℃。其制备过程如下：A、抽真空、加热：首先将基体1材料放置于真空镀膜设备中，调节设备真空度为6*10-5mbar，加热1h左右，使得温度升高到460-480℃。B、清洁基体1：离子轰击，偏置电压为10V，分子泵运行频率从起始抽真空时的100％下降到72％，在设备中同时通入纯度为99.999％的高纯度氢气(H)和99.999％的高纯度氩气(Ar)，氢气(H)的流量为50-200sccm，氩气(Ar)的流量为50sccm，通气时间为20-30min。接着，偏置电压设为200V，在设备中通入高纯度氩气(Ar)，氩气(Ar)的流量为50sccm，通气时间为20-30min。C、镀结合层2：分子泵频率为72％，在设备中充入氮气(N)，使得设备中的压力为2.5*10-2mbar，单开AlCr70/30靶材，弧电流为150A，偏置电压为40-120V，涂层时间为28min。D、镀调制层31：分子泵频率为72％，在设备中充入氮气(N)，使得设备中的压力为4*10-2mbar，单开AlCr70/30靶材，弧电流为180A，偏置电压为120V，涂层时间为9min。E、镀功能层32：分子泵频率为72％，在设备中冲入氮气(N)，使得设备中的压力为4*10-2mbar，单开TiSi85/15靶材，弧电流为200A，偏置电压为40V，涂层时间为9min。F、上述步骤D、步骤F为一组，循环工作4个周期，使得膜层的总厚度(结合层2+调制层31+功能层32)为1.92um。G、最终出炉前将温度降低至200℃以下。具体实施案例2：一种经过PVD表面处理的钻头，其特征在于，包括钻头基体1、由内而外依附在基体1表面的结合层2和依次重复5个周期的调制层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有PVD涂层的钻头，其特征在于，包括钻头基体、由内而外依附在基体表面的结合层和依次重复N个周期的调制层和功能层，所述的结合层为AlCr涂层，其厚度为0.5‑0.8um；所述的调制层为AlCr涂层，其厚度为0.16‑0.20um；所述的功能层为TiSi涂层，其厚度为0.14‑0.16um，所述的依次重复N个周期的调制层和功能层的总厚度为1.3‑2.7um，4≤N≤6，N为自然数。

【技术特征摘要】
1.一种具有PVD涂层的钻头，其特征在于，包括钻头基体、由内而外依附在基体表面的结合层和依次重复N个周期的调制层和功能层，所述的结合层为AlCr涂层，其厚度为0.5-0.8um；所述的调制层为A...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟亮，冯刚，梁海洋，
申请(专利权)人：苏州星蓝纳米技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32