具有等离子体沉积的碳涂层的切削工具制造技术

切削工具，其包括本体、在所述本体的至少一部分上的切削刃以及在所述切削刃上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及被涂覆的诸如刀具(tool bit)的切削工具(cuttingtool)，例如，用于印刷电路板(此处称为"PCB")生产中的涂覆了碳的刀具。
技术介绍
PCB上的加工操作必须是精确的，并且适应非常接近的公差。对于使用钻头(drill bit)或其它类似的旋转钻孔装置的钻孔操作，根据钻孔直径、轴向直线度(axialstraightness)以及钻孔的深度测量该公差。 PCB的基体通常由难以钻孔的材料(即玻璃纤维)制成，这对PCB生产中所用的钻头和其它旋转钻孔工具提出了高要求。诸如玻璃纤维的材料能够是非常有磨蚀作用的，并且趋向于相对快速地使钻头末端变钝。这使得钻头无法满足公差标准，从而导致PCB版制造中出现空间断层(dimensional fault)。 为了克服与钻头的高磨损率有关的问题，已知用诸如硬化的碳素钢(carbidesteel)的硬涂层涂覆钻头以阻止钻头钝化的速率。然而，由于PCB板材料的磨蚀性，在钻头变得如此的钝以至于其作废并且必须被更换前，大部分硬化的碳化物PCB钻头的寿命为每一钻头约500至2， 000个循环。 第6， 881， 475号美国专利(0htani等人)公开了具有通过物理蒸汽沉积而沉积的碳涂层的刀具。Ohtani教导了涂覆了碳的工具，其由碳化钨基体材料、沉积在碳化钨基体的切削刃上的厚度为0. 05 m至0. 5 m的无定形碳薄膜以及设置在基体层与碳涂层之间的厚度为0. 5nm至lOnm的中间层组成。物理蒸汽沉积方法的问题是相对硬的"大粒子"沉积于进行涂覆的表面上，这是不期望的，因为它们增加了工具的切削阻力。Ohtani认识到，期望尽可能小的大粒子密度。然而，尽管Ohtani确实认识到需要在碳涂层上获得尽可能低的大粒子密度，但是其通常的大粒子密度仍然是大约70， 000至260， 000。尽管Ohtani确实公开了大粒子密度为24,000的一个样品，但是更期望获得甚至更低的粒子密度。而且，低大粒子密度样品的涂层厚度也是低的(50nm)，并且在碳涂层外层与碳化钨基体材料之间没有设置中间层。 需要提供克服、或者至少改进一种或多种上述缺点的刀具。 专利技术概述 根据第一方面，提供了切削工具，其包括本体； 在所述本体的至少一部分上的切削刃(cutting edge);以及 在所述切削刃上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层。 有利地，因为该碳涂层基本上不含大粒子，相对于用具有分散于涂层中的大粒子的碳涂覆的切削工具，其切削阻力减小。更有利地，切削工具可以是刀具，当用于在PCB材料中钻孔时，相对于已知的硬涂层，基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层显著地延长了刀具的循环寿命。 在一实施方案中，切削工具是刀具，其包括 具有纵轴的圆柱形本体； 在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相 啮合的工具啮合端； 在所述本体的相对于所述工具啮合端的反向端的工作端；以及 在所述工作端上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层。在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述被涂覆的工作端在被加工件中钻孔。碳涂层的厚度可以至少大于10nm。碳涂层可以具有选自以下的厚度20nm至5000nm、20nm至4000nm、250nm至3000nm、250nm至2500nm、250nm至2000nm、250nm至1500nm、250nm至1000nm、500nm至3000nm、500nm至2500nm以及1000nm至2000nm 。 碳涂层的硬度可以是至少5GPa，优选至少lOGPa。任选地，硬涂层的硬度为5GPa至60GPa或lOGPa至60GPa或20GPa至45GPa。 在一实施方案中，碳涂层包含在所述切削刃上提供的初级层(primary layer)和 在所述初级层上提供的次级层(secondary layer)，其中所述次级层的硬度大于所述初级 层的硬度。任选地，初级层的硬度为5GPa至20GPa或5GPa至lOGPa，并且所述次级层的硬 度为10GPa至60GPa或20GPa至45GPa。在一实施方案中，初级和次级层各自的厚度在10nm 至2500nm、10nm至1500nm、250nm至1500nm、500nm至1500nm以及800nm至1500nm的范围 内。 在切削刃与碳涂层之间可以设置金属碳化物中间层或者金属中间层。该金属碳化 物中间层或金属中间层的金属可以是过渡金属。该过渡金属可以选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、 Cr、Mo、W、Fe、Ru、Os及它们的组合。 在一实施方案中，过渡金属碳化物是碳化钛、碳化铬或它们的混合物。在另一实施 方案中，金属中间层的金属是钛、铬或它们的合金。 可以使用源自过滤的阴极真空电弧(filtered cathodic vacuum arc)的等离子 体来沉积碳涂层。 在一实施方案中，切削工具是印刷电路板(PCB)钻头。在另一实施方案中，切削工 具是印刷电路板(PCB)铣刀(router bit)。 圆柱形本体的直径可以选自0. 001mm至3mm、0. 05mm至3mm、0. 05mm至3mm、0. 05mm 至2mm、0. 05mm至lmm、0. 05mm至0. 5mm以及0. 05mm至0. 25mm。 在一实施方案中，切削工具包含设置于所述工作端与所述硬涂层之间的金属层。金属层的厚度可以是250nm至1500nm。 在一实施方案中，圆柱形本体包含碳化钨和钴。 在一实施方案中，提供了刀具，其包括 具有纵轴的圆柱形本体； 在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相 啮合的工具啮合端； 在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端； 在所述工作端上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的初级碳涂层； 在所述初级碳涂层上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的次级碳涂层， 其中，所述次级碳涂层的硬度比所述初级碳涂层更硬；6 其中，在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述被涂覆的工作端在被 加工件中钻孔。等离子体沉积的碳涂层可以表现出约0. 3至约1或约0. 5至约0. 8的Raman强度值。 根据第二方面，提供了涂覆刀具的方法，该刀具包含具有纵轴的圆柱形本体、在所 述本体的一端的用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端以及在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端，该方法包括下述步骤(a) 将等离子体碳离子沉积于所述工作端上以在其上形成基本上不含大粒子的碳涂层。 在步骤(a)之前，该方法可以包括下述步骤(b)在惰性气氛或在真空下，从阴极 真空电弧源产生包含碳离子的等离子体束；以及 (c)将所述等离子体束过滤以从其中除去基本上所有的大粒子。 在步骤(a)期间，该方法可以包括下述步骤(d)向所述刀具的所述工作端施加交变的偏压脉冲，所述偏压脉冲在相对高的负偏压脉冲与低的负偏压脉冲之间交变。 该方法可以包括步骤(dl)从下述范围中选择所述高的负偏压脉冲-500V至-5， 000V、 -1000V至-3， 000V、 -1800V至-4， 500V以及-2000V至_2500V。 该方法可以包括步骤(d2)选择浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
切削工具，包括：本体；在所述本体至少一部分上的切削刃；以及在所述切削刃上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：史旭，金晓哲，谢丽康，
申请(专利权)人：纳峰科技私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]