一种锯片表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种锯片的表面处理方法，该方法是利用气体离子源、高功率脉冲技术、电弧技术在锯片表面沉积摩擦系数低以及韧性好的复合膜方法。其中包括：对锯片进行气体离子源清洗；利用气体离子源对锯片进行离子氮化；利用高功率脉冲以及电弧技术沉积复合叠层结构涂层。制备的三明治复合膜层具有高韧性、高显微硬度以及低摩擦系数，能明显提高锯片寿命2‑5倍，在锯片领域有着很好的应用前景。

A Surface Processing Method for Saw Blades

The invention discloses a surface treatment method of a saw blade, which uses gas ion source, high power pulse technology and arc technology to deposit a composite film with low friction coefficient and good toughness on the saw blade surface. These include: cleaning the saw blade by gas ion source; ion nitriding the saw blade by gas ion source; deposition of composite laminated structure coating by high power pulse and arc technology. The sandwich composite film has high toughness, high microhardness and low friction coefficient, which can significantly improve the life of saw blades by 2_5 times, and has a good application prospect in the field of saw blades.

【技术实现步骤摘要】
一种锯片表面处理方法
本专利技术涉及离子束材料表面改性
，特别涉及一种提高锯片寿命的沉积方法和相关设备。
技术介绍
锯片是用于切割固体材料的薄片圆形刀具的统称。锯片可分为用于石材切割的金刚石锯片、用于金属材料切割的高速钢锯片；用于实木、家具、人造板、铝合金、铝型材、散热器、塑料、塑钢等切割的硬质合金锯片。由于用途不同，因此锯片的材质和硬度也不相同。金属材料的锯切通常使用的有带锯条及圆锯片。带锯条通用性好、可以锯切较大的工件，但相对于圆锯片而言，锯切的效率及切面质量远远不如后者。圆锯片金属锯切在机械加工行业应用非常广泛，为了实现低碳、环保及轻量化的目标，越来越多的高硬度、高强度材料被使用，这对圆锯片切割是一个新的挑战。而另一方面，对非常薄的管件进行锯切，且保证切口不变形，也是对圆锯片切割的一个挑战。新材料技术是我国乃至全世界都非常重视的研究领域之一，从我国″863″计划设立起就是其中的一个重要的研究领域，而材料表面改性技术是新材料研究的一个重要的方向。通过合适的表面改性处理，可以显著提高材料表面的多种性能，例如材料表面的光洁度、硬度、抗磨损、抗氧化、抗沙尘侵蚀以及耐温等性能，从而显著提高材料的使用寿命和工作效率，实现节约原材料、降低能源消耗等目的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的之一是结合气体离子源技术、高功率脉冲技术以及磁过滤沉积技术沉积超高硬度、超强韧性的膜层。制备的膜层提高锯片的抗氧化、抗磨损，同时提高锯片的效率、精度以及寿命。进一步来讲，制备得到提高锯片的抗氧化、抗磨损，同时提高锯片的效率、精度以及寿命的涂层包括：S01：对锯片基体进行气体离子源清洗S02：利用气体离子源对锯片进行氮化处理S03：制备复合叠层结构涂层设备包括：气体离子源，高功率脉冲磁控溅射源以及电弧沉积设备；处理方法包括：对锯片进行气体离子源清洗；利用气体离子源对锯片进行离子氮化；同时利用高功率脉冲、气体离子源以及电弧技术沉积复合叠层结构涂层。在一些实施例中，对锯片基体进行气体离子源清洗包括：采用气体离子源的方法对锯片进行清洗，通入气体为惰性气和氢气的混合气体，惰性气体和氢气的分压比为1-10，气压为0.1-20pa，清洗电压为400-1000V，束流强度为0.1-5A，清洗时间为0-120min；该清洗过程中伴随着氢气等离子体，在氢气等离子体的辅助下能够高效的去除表面附着的有机物，能大幅提高后续基体与膜层的结合强度，同时在低电流和高压的配合下能在表面形成亚微米级别的粗糙度，增加了基体的接触表面积。在一些实施例中，采用气体离子源的方法对锯片进行氮化，通入气体为氮气和惰性气体的混合气体，氮气和惰性气体的分压比为1-10，气压为0.1-20pa，电压为800-1000V，束流强度为2-5A，氮化时间为0-120min，温度300-550℃；本专利技术在气体离子源氮化过程中，高电压和高温能大幅提高基体的氮化深度，本专利技术中基体的氮化深度可高达20微米，大大高于现有的离子氮化方法所能达到的深度。采用磁过滤金属真空弧沉积系统(FCVA)+气体离子源+高功率脉冲磁控沉积结合力层，气压为0.1-20pa，锯片上负压为400-1000V，磁过滤阴极靶材元素为高熵合金MCrAlY、磁控阴极为SiC等，束流强度为300-3000mA，沉积时间0-15min；本专利技术在沉积结合力层中，采用了高熵合金作为结合力层，高熵合金一般用在航空航天块体材料，很少用于结合力和耐磨薄膜体系；同时在高熵合金中还掺入了SiC非金属碳化物可明显增加结合力层的强度；在沉积过程中时刻伴随着气体离子源引出的等离子体进行轰击能大幅提高膜层的致密性和光洁度，同时大幅降低膜层本身的内应力，增加结合力和本身的强韧特性。有别于传统的超厚结合力层，本专利技术中结合力层厚度为0-80nm的超薄层，能够高效的实现强结合的效果。随后，开启气体离子源辅助磁过滤金属真空弧沉积(FCVA)系统沉积隔热层，沉积得到金属氧化物涂层，采用的靶材为高熵合金MCrAlY，其中M可为金属也可为合金，起弧电流90～120A，弯管磁场2.0～4.0A，负压-200～600V，占空比为20～100％，氧气进气量为其中t时间为20-60min；本专利技术中利用磁过滤沉积技术沉积隔热层具备很大的优势，因为磁过滤沉积沉积的膜层的致密性接近于体材料，能够大幅减少热辐射以及氧原子的扩散导致的膜层脱落等问题。阴极靶材选为高熵合金其中Cr的氧化物具备很好的热稳定性能，Al的氧化物具备很好的隔热性能，同时Y的氧化物也具备很好的稳定性和隔热性能；结合Cr，Al和Y的氧化物能够大幅减少氧原子的扩散，同时降低锯片在工作过程中热对基体锯片的影响。同时，本专利技术中该类高熵合金的氧化物为渐变梯度循环的膜层，氧浓度在厚度方向为循环的正弦分布，该分布能大幅提高隔热层与结合力层和后续支撑层的结合能力，即起到了很好的承上启下的作用。随后，开启高功率脉冲磁控+气体离子源+磁过滤金属真空弧沉积(FCVA)系统沉积支撑层，气体由氧气变为氮气和氩气，气体流量分别为其中t时间为20-120min；本专利技术中同时利用高功率脉冲技术、气体离子源以及磁过滤沉积技术相互辅助补充沉积氮化物支撑层能达到其他类似技术所不能达到的高强度同时超低内应力。在沉积过程中通过高功率脉冲离子束的轰击以及气体离子源的轰击能够大幅降低成膜的内应力，同时在高功率脉冲等离子体、气体离子源等离子体以及磁过滤沉积引出的等离子体能够大幅提高气体的电离度，降低气体的通入量；同时，气体流量为正弦交替变化能够很好的实现高低硬度、高低内应力膜层的配合沉积，大幅提高其韧性，提高其在高速切削情况下保持整体膜层的形状，减少在高应力下产生的裂纹的数目，本专利技术中支撑层的硬度最高可达40Gpa。最后，气体由氮气变为乙炔，气体流量分别为其中t时间为5-10min：有别于传统技术，本专利技术中在最外一层膜层中加入了超薄的碳基膜层，在切削的过程中提供润滑介质，大幅降低锯片在启动过程中超高的摩擦系数，从而大幅提高锯片本身的寿命。本专利技术中润滑膜层也为正弦调控，但气体流量值S不会为零，气体流量中全部为乙炔，乙炔气体流量大幅增加，同时在气体离子源、高功率脉冲磁控溅射以及磁过滤等离子的共同作用下乙炔的电离度可高达60％以上，大幅提高了沉积膜层中的含碳量，相比于传统的技术本专利技术中碳基润滑层本身的内应力低于1Gpa，同时在超硬支撑层的支撑下表现出超强的润滑特性。在一些实施例中，所述设备包括：第一沉积装置，用于利用所述磁过滤阴极真空弧FCVA系统，在所述锯片基底上磁过滤沉积出金属结合力膜层；其中，所述金属膜层元素MCrAlY高熵合金等，厚度为0-80纳米；第二沉积装置，用于利用所述磁过滤阴极真空弧FCVA系统，在所述锯片基底上磁过滤沉积出金属氧化物隔热膜层；其中，所述金属膜层元素MCrAlY高熵合金等，厚度为0-3微米；第三沉积装置，用于利用所述磁过滤阴极真空弧FCVA系统、气体离子源和高功率脉冲系统，在所述锯片基底上沉积出金属/非金属氮化物支撑层；其中，所述金属元素MCrAlY高熵合金，非金属为SiC等，厚度为3-8微米；第四沉积装置，用于利用所述磁过滤阴极真空弧FCVA系统、气体离子源和高功率脉冲系统，在所述锯片基底上沉积出金属/非金属碳化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锯片的表面处理方法，其特征在于：设备包括：气体离子源，高功率脉冲磁控溅射源以及电弧沉积设备；方法包括：对锯片进行气体离子源清洗；利用气体离子源对锯片进行离子氮化；同时利用高功率脉冲、气体离子源以及电弧技术沉积复合叠层结构涂层。

【技术特征摘要】
1.一种锯片的表面处理方法，其特征在于：设备包括：气体离子源，高功率脉冲磁控溅射源以及电弧沉积设备；方法包括：对锯片进行气体离子源清洗；利用气体离子源对锯片进行离子氮化；同时利用高功率脉冲、气体离子源以及电弧技术沉积复合叠层结构涂层。2.根据权利要求书1所述一种锯片的表面处理方法，其特征在于：设备中气体离子源设计在门和门对面，两夹角为150-180°，处理的有效宽度为100-500mm；高功率脉冲磁控溅射为圆柱形，设置在真空室正中央，处理的有效宽度为100-500mm；电弧沉积设置在真空室两侧，电弧阴极靶为矩形阴极靶材，处理的有效宽度为100-500mm，两电弧之间角度为150-180°，电弧中心与气体离子源中心角度为60-90°。3.根据权利要求书1所述一种锯片的表面处理方法，其特征在于：清洗是采用气体离子源的方法，通入气体为惰性气和氢气的混合气体，惰性气体和氢气的分压比为1-10，气压为0.1-20pa，清洗电压为400-1000V，束流强度为0.1-5A，清洗时间为0-120min。4.根据权利要求书1所述一种锯片的表面处理方法，其特征在于：氮化层是采用气体离子源的方法对锯片进行氮化，通入气体为氮气和惰性气体的混合气体，氮气和惰性气体的分压比为1-10，气压为0.1-20pa，电压为800-1000V，束流强度为2-5A，氮化时间为0-120min，温...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，欧阳晓平，罗军，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11