本发明专利技术公开了一种用宽束Ｎ离子对硬质合金刀具表面处理的方法及其装置，该方法是采用离子注入机进行宽束Ｎ离子注入对硬质合金刀具表面进行处理，将前处理过的硬质合金刀具置于靶盘上，加工面朝上，注入宽束Ｎ离子，使该Ｎ离子与硬质合金刀具基体表面发生系列物理和化学变化，提高了材料表面的硬度、抗磨损特性等，可改善刀具的切割特性，从而提高硬质合金刀具的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硬质合金刀具表面处理的方法，尤指一种用宽束N 离子离子注入工艺处理硬质合金刀具表面使其表面改性的方法，同时，还 涉及一种该方法使用的装置。技术背景-目前，材料表面改性的方法对于硬质合金刀具来说， 一般采用表面涂 层方法，即化学气相沉积涂层方法(CVD方法)和物理气相沉积涂层方法 (PVD方法)。上述表面涂层方法虽可改变硬质合金刀具的表面特性，提高 其使用寿命，但是，上述方法存在两个方面的不足 一方面，涂层材料与 硬质合金刀具基体材料表面的结合力不够，容易引起剥离；另一方面，表 面涂层具有一定的厚度，易改变工具的几何尺寸。
技术实现思路
-本专利技术所解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用 宽束N离子对硬质合金刀具表面处理的方法及装置，来提高硬质合金刀具 的硬度、抗磨损特性等，达到改善刀具的切割特性，从而可提高硬质合金 刀具的使用寿命。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是用宽束氮离子 对硬质合金刀具表面处理的方法，采用离子注入机进行宽束N离子注入对 硬质合金刀具表面进行处理，将前处理过的硬质合金刀具置于靶盘上，加工面朝上，注入宽束N离子，工件靶台转速为5 20转/分钟，耙盘转速为5 20转/分钟；N离子能量为40 120KeV，束流为5 20mA，氮气质量流量3 6Sccm;注入时间为30-60分钟，注入剂量(1 4) X 10'7cm2，其工艺参 数真空系统真空度为l. 5X10—2pa 4X10—3pa; N离子源的阳极电压20。 200KV。所述硬质合金刀具的前处理步骤为1)、清洗将未处理的硬质合金 刀具清洗10 15分钟；2)、风干将清洗后的硬质合金刀具进行自然风 干；3)、烘干将洗净风干后的硬质合金刀具于40 5(TC下烘干20 30 分钟。上述清洗步骤采用装有浓度为20-60%丙酮的超声波清洗机。而现有技 术中的表面涂层的前处理分为净化处理和粗化处理两部分，其中净化处理有溶济清洗、碱液清冼、加热脱脂、喷沙净化等，常用的粗化方法有喷沙、电拉毛、机械加工等。而本申请的上述前处理实际上相当于现有技术 中前处理的净化处理部分，省掉了粗化处理两部分。上述处理方法使用的装置，包括离子注入机，该离子注入机包括真空 室、设有靶盘的工件靶台，工件靶台位于真空室中心上方的水平面上，所 述真空室上设有法兰，法兰内设有由氮气转变成的氮离子源，该真空室下 方设有转动系统，转动系统穿过真空室与工件耙台中心相连接，所述工件 靶台为圆形，靶盘为圆盘，以环状均匀分布于耙台的周边，工件耙台及耙 盘随转动系统的转动而转动。上述转动系统包括第一电机、第二电机、以及由第一电机带动的中空 的第一转动轴、由第二电机带动的第二转动轴、连接件、真空密封件，该 真空密封件与真空室相连接，第一转动轴间采用连接件相连接，且第一转动轴穿过真空密封件及真空室与工件靶台底部中心相连接；第二转动轴设 置于第一转动轴内，且前端穿出工件靶台中心与齿盘中心相连接，齿盘外 周缘均设有齿条，所述靶盘通过第三转动轴设于工件靶台上，该耙盘底座 上设有与齿盘的齿条相啮合的齿条。上述法兰为4个，其中的两个法兰垂直对称设置于真空室的前方，另两 个法兰对称斜设于真空室的后方。上述工件靶台最好位于真空室中心上方 35mm的水平面上。上述靶盘以环状均设于工件靶台的周边，其尺寸及数量 与离子束的束斑尺寸相关(靶盘尺寸等于或略小于离子束的束斑尺寸，使 束斑能覆盖整个靶盘，靶盘数量取环状分布能容纳的数量的最大值)，一 般为12个。通常，离子注入机使用N离子源多应用于半导体加工领域，而且束流 都很窄，在材料改性领域大多使用金属离子源。本申请中采用宽束N离子 源是离子注入机应用于材料改性领域的一大改进；为了提高加工效率，使 该离子注入机能适应批量加工需要，特别设计了一机四个法兰以及活动工件靶台。宽束N离子对硬质合金刀具进行表面处理的机理采用宽束N离子材 料改性离子注入机，来对硬质合金刀具进行离子注入表面处理。通过将-一定剂量和能量的宽束N离子注入到硬质合金刀具表面，N离子束与硬质合金材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学变化，形成一些氮的化 合物，随氮离子浓度的不同，形成的氮化物也不同，这些氮化物的生成改变了基体材料的晶格常数、提高了热稳定性，入射的N离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成份、结构和性能发生变化。与现有技术相比，本专利技术的优点是由于该方法采用宽束N离子注入， 使该N离子与硬质合金刀具基体表面发生系列物理和化学变化，提高了材料表面的硬度、抗磨损特性等，可改善刀具的切割特性，从而提高硬质合金刀具的使用寿命；由于刀具形成了一个新表面层，它与基体之间不存在 剥落问题；也不会改变工件的几何尺寸，无需再进行机械加工和热处理， 且大大减化了该处理方法的步骤，提高了加工效率。 附图说明图1是本专利技术的表面处理方法所使用装置的示意图。 图2是转动系统中转动轴与工件耙台及耙盘、齿盘的分布图。 图3是工件靶台的靶盘分布示意图。 具体实施例方式本专利技术是采用离子注入机用宽束N离子对硬质合金刀具表面处理。该 离子注入机在原有离子注入机的基础上进行了改进，采用宽束氮离子源 (束斑直径120 150mm)，去掉了质量选择及离子束扫描系统，于真空室 上设置四个法兰以及活动的工件靶台，并于真空室下方加设转动系统，使 工件靶台及工件靶台上的耙盘可随转动系统的转动而转动。参见图l-图3所示，上述离子注入机包括真空室l、设有靶盘21的工件 靶台2，工件靶台2位于真空室中心线11上方的水平面上，最好是在离中心 线35mm的水平面上；所述真空室l上设有4个法兰3，其中的两个法兰3垂直 对称设置于真空室l的前方，另两个法兰3对称斜设于真空室1的后方，该 法兰的底端插入真空室与真空室相通，法兰3内设有氮离子源4，该氮离子源4通过氮气质量流量阀(图中未示)与氮气源(图中未示)相连接，以 控制注入过程中氮气的质量流量；该真空室下方设有转动系统5，转动系 统5穿过真空室1与工件靶台2中心相连接，所述工件靶台2为圆形，靶盘21为圆盘，以环状均匀分布于工件靶台的周边，便于氮离子的均匀注入，在 本实施例中，该靶盘为12个。上述转动系统5包括第一电机51、第二电机52、以及由第一电机51带 动的中空的第一转动轴53、由第二电机52带动的第二转动轴54、连接件55、 真空密封件56，该真空密封件56与真空室1相连接，第一转动轴间采用绝 缘的连接件相连接，且第一转动轴53穿过真空密封件56及真空室1与工件 靶台底部中心相连接；第二转动轴54设置于第一转动轴53内，且前端穿出 工件靶台2中心与齿盘22底部中心相连接，且工件靶台2与齿盘22的中心线 在同一线上，齿盘外周缘均设有齿条23，所述靶盘21通过第三转动轴24 设于工件靶台2上，该靶盘21的底座211上设有与齿盘的齿条相啮合的齿条 25。第一转动轴在第一电机的作用下转动而带动工件靶台转动，而第二转 动轴在第二电机的作用下带动齿盘转动，由于齿盘上的齿条与靶盘上的齿 条相啮合，齿盘的转动带动靶盘转动，而可以更好地方便氮离子的均匀注 入。该离子注入机的其余结构与现有的离子注入机相同，在此不再赘述。 将前处理过的硬质合金刀具置于本文档来自技高网...
【技术保护点】
用宽束氮离子对硬质合金刀具表面处理的方法，其特征在于：采用离子注入机进行宽束Ｎ离子注入对硬质合金刀具表面进行处理，将前处理过的硬质合金刀具置于靶盘上，加工面朝上，注入宽束Ｎ离子，工件靶台转速为５～２０转／分钟，靶盘转速为５～２０转／分钟；Ｎ离子能量为４０～１２０ＫｅＶ，束流为５～２０ｍＡ，氮气质量流量３～６Ｓｃｃｍ；注入时间为３０－６０分钟，注入剂量（１～４）×１０↑［１７］／ｃｍ↑［２］，其工艺参数：真空系统真空度为１．５×１０↑［－２］ｐａ～４×１０↑［－３］ｐａ；Ｎ离子源的阳极电压２０∽２００ＫＶ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王新良，杨文彬，王友良，
申请(专利权)人：长沙新光离子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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