一种TaC涂层刃口工具及其制备方法技术

本发明专利技术涉及镀膜技术领域，公开了一种TaC涂层刃口工具及其制备方法，该TaC涂层刃口工具包括设置在刃口上的金属层和设置在金属层上的TaC层，该刃口工具的锋利度和耐久度显著提高，锋利度最大是无涂层刃口工具的2.12倍，耐久度最大是无涂层刃口工具的7.41倍，该TaC涂层刃口工具制备方法首先采用磁控溅射金属钯在刃口上沉积一层金属层，显著增加TaC膜与刃口表面的结合力，再采用磁控溅射金属钯和电磁过滤碳钯在金属层上沉积TaC膜，TaC膜是由金属材料为支干骨架，碳材料为网边的圆网状膜，该膜能够显著增加减小TaC膜的摩擦力，显著增加刃口工具的耐久度和锋利度。加刃口工具的耐久度和锋利度。

【技术实现步骤摘要】
一种TaC涂层刃口工具及其制备方法


[0001]本专利技术涉及镀膜
，尤其是涉及一种TaC涂层刃口工具及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统刃口工具的由金属材料制成，但金属材料制成的刃口刀具存在的硬度低、耐磨性差，使用寿命较低的问题，因此为了解决上述问题，现有技术中通过镀膜技术来增加刃口工具的硬度和耐磨性，如公开号CN107043912A公开的一种镀膜刀具，该镀膜刀具采用了类金刚石镀膜工艺中的含氢DLC涂层，通过将含氢DLC膜沉积在刃口工具表面能够使刃口工具的使用寿命提高3倍，摩擦系数降低至0.1。
[0003]类金刚石薄膜包括硬度和弹性模量较高的含氢类DLC膜，DLC膜的组成中含较高含量的氢，能够为DLC膜提供较强的内应力，内应力能够使DLC膜的交界面具有润滑作用，使DLC膜具有极高的耐磨性、低摩擦系数和表面抗磨损性能，但过多的氢元素会导致DLC膜的弹性模量和机体结合力的降低；类金刚石薄膜中还包括弹性模量和硬度更高的无氢TaC膜，其主要为sp3金刚石键和sp2石墨键组成的立方四面体结构，TaC膜的中氢元素的比例小于1％其内力较低，但氢含量的降低会使TaC膜的截面润滑作用消失，TaC膜的摩擦系数显著增加，表面磨损性显著减小，显著降低刃口工具的使用寿命。
[0004]针对TaC膜摩擦系数高的问题，现有技术中发现改变膜厚度、在TaC模中掺杂N、Si、O、或金属等方式都可以显著降低TaC膜的摩擦系数，增加膜的表面耐磨损性能，如公开号CN112647040B公开的一种ta
‑
c基多层耐磨刀具涂层及其制备方法，该制备方法中的刃口工具上包括金属铬粘结层和多层ta
‑
c基层，该刃口工具的硬度可达78GPa，平均摩擦系数为0.16，该方法通过增加金属粘结层和梯度ta
‑
c基层的方法，显著降低了耐磨刀具的摩擦系数。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中TaC膜摩擦系数高的问题，本申请提供了一种TaC涂层刃口工具及其制备方法，该TaC涂层刃口工具与传统刃口工具相比具有耐久度和使用寿命显著增加；本申请还提供了上述TaC涂层刃口工具的制备方法，该制备方法通过自补偿磨削、清洗干燥以及镀膜处理等工艺制成，其中镀膜工艺采用了磁控溅射金属钯和电磁过滤电磁碳钯联合处理。
[0006]本专利技术的具体技术方案为：一种TaC涂层刃口工具，包括设置在刃口上的金属层和设置在金属层上的TaC层。
[0007]进一步地，所述TaC层包括sp3，所述sp3的含量占TaC层的50％～70％。
[0008]进一步地，所述TaC层的厚度为1～10μm。
[0009]进一步地，所述金属层包括Ni、Cr、W和Ti中的一种或多种。
[0010]本申请提供了一种TaC涂层刃口工具，该刃口工具的刃口上镀有金属粘结层和TaC涂层，金属粘结层能够缓和TaC涂层与刀刃基体间的物理性质差异，降低膜基应力集中，使
形成的TaC涂层与刃口工具结合牢固；TaC涂层是由特殊工艺制成的网状结构，网状结构的是由金属沉积材料与TaC沉积编织形成的复合TaC层，该层结构在保证形成的膜层硬度的同时，能够显著降低膜的表面摩擦系数，显著提升刃口工具的耐磨性，显著提高刃口工具的使用寿命。
[0011]一种TaC涂层刃口工具的制备方法，包括以下步骤：(1)制备刃口工具粗胚；(2)将步骤(1)中的粗胚的刃口进行磨削处理制成的初胚；(3)将步骤(2)中的初胚的刃口进行清洗处理制成中胚；(4)将步骤(3)中的中胚的刃口进行镀膜涂层处理制成终胚；(5)将步骤(4)中的终胚上油包装制成TaC涂层刃口工具。
[0012]进一步地，步骤(1)中所述磨削处理为自补偿磨削，所述初胚的刃口的粗糙度为0.2～0.4um。
[0013]进一步地，步骤(2)中所述清洗处理包括真空脱气超声清洗、强力真空超声清洗、蒸汽清洗和真空干燥中的一种或几种；作为优选，所述真空脱气超声清洗的条件包括：清洗时间为30～60min；作为优选，所述强力真空超声清洗的条件包括：清洗时间为15～30min；作为优选，所述蒸汽清洗的条件包括：清洗时间为15～20min；作为优选，所述真空干燥清洗的条件包括：清洗时间为30～60min，干燥温度为80～100℃。
[0014]进一步地，步骤(3)中所述镀膜涂层处理包括：磁控溅射金属钯和电磁过滤碳钯，所述镀膜涂层处理的在真空氩气条件下进行。
[0015]作为优选，所述真空氩气条件包括：真空度1～10
×
10
‑3Pa，氩气流量100～150sccm。
[0016]作为优选，所述磁控溅射金属钯的金属钯包括镍钯、铬钯、钨钯和钛钯中一种或几种。
[0017]作为优选，所述磁控溅射金属钯条件包括：磁控溅射金属钯的功率为3～5KW，磁控溅射金属钯的电流50～100A，磁控溅射金属钯的沉积时间5～10min。
[0018]作为优选，所述电磁过滤碳钯条件包括：电磁碳钯的弧电流为50～100A，电磁过滤线圈的电流为2～10A，负偏压为40～60v。
[0019]本申请还提供了一种TaC涂层刃口工具的制备方法，该工艺中包括对刃口工具进行磨削处理、清洗处理以及镀膜处理，其中磨削处理采用了自补偿削磨，能够使粗胚刃口的粗糙度显著降低，最低粗糙度可达到0.2，保证刃口工具的表面光滑、无毛刺、无氧物残留；清洗处理采用碳氢清洗剂，并分别采用真空脱气超声清洗、强力真空超声清洗、蒸汽清洗和真空干燥将刃口工具的人口表面上的残留物质清除；镀膜处理分别采用了磁控溅射金属钯和电磁过滤碳钯对刃口工具的刀刃表面进行镀膜处理，其中电磁过滤碳钯中的电磁过滤能够过滤掉中性粒子、大型离子团等离子，使沉积离子的离化率达到100％，从而达成聚离子束的目的能够使形成的膜层硬度达到40～55GPa，摩擦系数达到0.1，磨损率低至1.5
×
10
‑4mm3/N m。
[0020]进一步地，所述镀膜处理的步骤包括：所述镀膜处理的步骤包括：用磁控溅射金属
钯在刃口上沉积金属膜，再用磁控溅射金属钯和电磁过滤碳钯在金属膜上沉积TaC膜，所述TaC膜为圆网状。
[0021]本申请的在沉积TaC膜时采用了特殊的沉积工艺，本申请采用了圆网状的沉积方式将金属材料和碳材料沉积在金属层表面，沉积过程中将刃口工具固定在载具上，载具以载具的轴心可以做旋转运动，通过中控系统对金属钯和电磁过滤碳钯的运行轨迹进行设定，金属钯可形成圆网的支干骨架，电磁过滤碳钯可形成圆网的网边，在沉积过程中刃口被圆网状TaC膜逐渐覆盖；同时，刀刃的顶端需要保证足够的锋利度，因此层数过厚会降低刃口工具的锋利度，圆网状TaC膜在形成过程中越靠近圆网中沉积材料的沉积层数越多，圆网状TaC膜覆盖在刃口工具上时，从刃口的顶端到刃口低端网状结构的层数依次增加，形成的TaC膜与刃口顶端薄低端厚的形状相互匹配；此外，圆网状结构中金属沉积材料形成的枝干骨架穿插在碳沉积材料网边中，能够赋予碳材料结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TaC涂层刃口工具，其特征是，包括设置在刃口上的金属层和设置在金属层上的TaC层。2.如权利要求1所述的TaC涂层刃口工具，其特征是，所述TaC层包括sp3，所述sp3的含量占TaC层的50％~70％。3.如权利要求1或2所述的TaC涂层刃口工具，其特征是，所述TaC层的平均厚度为1~10μm。4.如权利要求1所述的TaC涂层刃口工具，其特征是，所述金属层包括Ni、Cr、W和Ti中的一种或多种。5.一种如权利要求1~4任一所述的TaC涂层刃口工具的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）制备刃口工具粗胚；（2）将步骤（1）中的粗胚的刃口进行磨削处理制成的初胚；（3）将步骤（2）中的初胚进行清洗处理制成中胚；（4）将步骤（3）中的中胚的刃口进行镀膜涂层处理制成终胚；（5）将步骤（4）中的终胚上油包装制成TaC涂层刃口工具。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中所述磨削处理为自补偿磨削，所述初胚的刃口的粗糙度为0.2~0.4um。7.如权利要求5所述的制备方法，其特征是，步骤（2）中所述清洗处理包括真空脱气超声清洗、强力真空超声清洗、蒸汽清洗和真空干燥中的一种或几种；所述真空脱气超声清洗的条件包括：清洗时间为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄绪锋，李井建，
申请(专利权)人：杭州巨星科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：