[发明专利]一种PCB用超硬耐磨铬基复合涂层微型铣刀及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及印刷线路板（PCB）用微型铣刀纳米复合涂层领域，特别涉及到一种PCB用超硬耐磨铬基复合涂层微型铣刀及其制备方法。

背景技术

随着全球信息技术(IT)硬件制造产业向国内的转移，中国已成为IT硬件核心组件印制电路板(PCB)的全球化制造基地。每年消耗量达数亿支的PCB微型铣刀的品质成为PCB制造技术革新的核心问题。随着PCB产业的发展，铣刀转速趋高（6万转/分钟）、线路板层数增多、难加工无卤素PCB板大量采用，使PCB成型加工的条件更加苛刻。

上海壳瑞微材料科技有限公司从2008年11月成立后，通过1年的不断研究和测试于2009年11月至2012年8月，累计向PCB行业提供3000万只镀膜微钻和300万只镀膜微型铣刀，建立了PCB微钻和微型铣刀硬质涂层企业标准（清洗、涂层技术标准），突破了多年来将硬质涂层应用于PCB微钻和PCB用微型铣刀并且量产化的技术难题（微型化、高精度、耐磨性以及硬度方面）。

与传统大尺寸铣刀相比，PCB用微型铣刀直径小至0.4mm，微型铣刀使用过程中产生的微曲变形和振动使微型铣刀表面的脆性涂层产生微裂纹，尺寸细小的合金铣刀对表面裂纹极为敏感加上过高的切削转速（6万转/分），加工过程中产生高温而导致铣刀脆断。因为微型铣刀是否会发生断刀与铣刀的排屑能力有非常密切的关系，光洁性高、和被切削材料亲和性低的涂层具有低的摩擦系数和高的抗氧化温度，有利于排屑能力和切削能力的提高，从而有利于极大地减少断刀率。

为了克服微型铣刀在使用过程中产生的上述问题，开发一种复合涂层越来越重要，因为复合涂层是一种高硬度、高塑性、低磨损率、耐高温、抗氧化的复合涂层，微型铣刀的使用寿命可以提高原使用寿命的数倍，可节约成本，而且还可大量节省原材料和人力，具有明显的经济效益，故该镀层工艺在PCB微型铣刀上有较大的推广应用前景。

因此，本发明针对微型铣刀的切削特点，设计了韧性好、硬度高、摩擦系数小的高性能氮化锆CrN/AlCrTiN双相复合涂层。因为CrN的硬度在1600-2000Hv之间，韧性好，热膨胀系数为6.9×10^-6/K，弹性模量为530kN/mm²。热膨胀系数及弹性模量与PCB基体接近，热匹配性、化学匹配性好，良好的热稳定性,但单一的CrN涂层硬度较低。在CrN中加入Al和Ti ,通过固溶强化、纳米强化和复相强化，可以使复合涂层硬度和韧性显著提高，涂层中AlCrTiN相的存在可以大大降低涂层的摩擦系数，提高刀具的排屑性能和抗氧化温度，降低切削力 。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述缺陷，通过选择合适的涂层材料以及沉积方法来提高微型铣刀的使用寿命以及改善其各个方面的使用性能，从而一方面为印刷电路板的制造节省成本，提高经济效益，另一方面为印制电路板小型化、精细化的发展起到很好的促进作用。

本发明通过对CrN和AlCrTiN进行复合设计，通过界面强化、固溶强化、纳米强化和复相强化，可以使复合涂层硬度和韧性显著提高，涂层中AlCrTiN相的存在可以大大降低涂层的摩擦系数，提高刀具的排屑性能和抗氧化温度，降低切削力 ，从而获得一种结合力强、硬度高、韧性好、摩擦系数低以及使用寿命高的PCB铣刀用复合涂层。

为实现本发明的以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种PCB用超硬耐磨铬基复合涂层微型铣刀，其特征在于：所述微型铣刀的基体为硬质合金，所述基体表面上沉积有作为内层和外层的双层复合结构，所述内层为过渡层，所述过度层的材料为CrN，其厚度为0.2-0.8微米；所述外层为复合层，所述复合层的材料为AlCrTiN，其厚度为1-4微米。