[发明专利]一种微型铣刀金刚石复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型铣刀，尤其是涉及主要用于印刷电路板的一种微型铣刀金刚石复合涂层的制备方法。

背景技术

印刷电路板（PCB，Printed Circuit Board）是一种以印刷或影像转移技术制作的电路产品。在现代社会的各类产品中，大到电脑、电视，小到手机、IC卡，只要产品中有电路，就有印刷电路板的存在。伴随着欧盟RoHS（电气、电子设备中限制使用某些有害物质的指令）的实施，环保型PCB版在RoHS的要求下发生了巨大变化。全球的PCB行业进入了无铅兼容和无卤素环保时代，但为了保证尺寸的稳定性，印刷电路板中经常加入铝、钡、硅、镁等氧化物填料，增加了印刷电路板的加工难度，这就对PCB微型铣刀提出了新的更高的要求。一般的硬质合金微型铣刀很难达到加工要求，但涂层铣刀完全有可能达到。

涂层刀具是在刀具基体上涂敷一层耐磨涂层，涂层作为热屏障和化学屏障，能够减少刀具和工件材料元素的相互扩散和化学反应，同时降低二者的摩擦系数，从而提高刀具的使用寿命。金刚石涂层具有高硬度、高热导率、低摩擦系数、低膨胀系数和高化学稳定性等优点，是作为刀具耐磨涂层的理想材料。CVD金刚石涂层刀具的制备工艺简单、成本较低，切削时可比未涂层硬质合金刀具提高3～5倍寿命以上，提高20%～70%切削速度。CVD金刚石涂层技术的真正优势是在复杂形状金刚石涂层刀具的开发应用，但是目前国内对于复杂形状金刚石涂层刀具的研究尚处于起步阶段，一些问题还没有得到很好的解决。一方面，金刚石涂层在基体上的附着力较差，没有发挥金刚石涂层耐磨性能；另一方面，金刚石涂层晶粒较粗大，表面光洁度不好，没有达到工件加工要求。

中国专利CN102650053A公开一种复杂形状CVD金刚石/类金刚石复合涂层刀具的制备方法。采用热丝CVD法在刀具表面沉积一层MCD薄膜，在沉积过程中采用负偏压产生离子轰击保证MCD薄膜具有光滑表面；随后继续沉积一层DLC薄膜，在初始阶段，用正负脉冲离子电源对涂覆了MCD薄膜的刀具表面进行离子轰击，以清除刀具表面的杂质，并去除涂层表面尖锐的晶粒棱角，增加涂层平整度，提高涂层表面活性，达到增强层间附着强度的效果。采用该发明的制备方法能够在具有复杂形状表面的整体式硬质合金刀具表面沉积获得具有优异膜-基附着强度、表面耐磨减摩及自润滑特性的CVD金刚石/类金刚石复合涂层，该复合涂层还具有内应力低、表面光滑平整、厚度均匀等特点。

中国专利CN101824618A公开一种超硬类金刚石(DLC)基纳米复合涂层印刷电路板(PCB)微钻及其制备方法，在PCB微钻上通过柱形靶电弧放电方法生成有由Ti/TiCN/TiCN-DLC/TiC-DLC依次构成的多层梯度纳米复合涂层。该发明制备的复合涂层与刀具基体具有良好的结合力、很高的硬度(42GPa)和良好的耐磨和润滑性能(摩擦系数小于0.15)。克服了PCB微钻加工过程中由于刀具表面润滑较差而导致排屑不畅的问题，解决了加工过程中刀刃磨损严重而导致的切削力增大引起的微钻断裂问题，可大幅度提高PCB微钻的寿命和PCB的加工效率，具有良好的工业应用前景。

发明内容

本发明的目的在于为了克服难加工材料的加工难题，以及克服现有复杂形状金刚石涂层刀具的不足，提供所形成的金刚石复合涂层的内层为耐磨的亚微晶涂层、表切削难加工材料的金刚石复合涂层PCB微型铣刀的涂层制层为精细的纳米晶涂层，从而使得该金刚石复合涂层PCB微型铣刀的加工性能更佳、加工寿命更长的一种微型铣刀金刚石复合涂层的制备方法。

本发明包括如下步骤：

1）将PCB微型铣刀装入工装中，再装入沉积反应室内；

2）将沉积反应室抽真空，再向沉积反应室通入甲烷（CH₄）、氢气及氧气3种气体；

3）向安装在沉积反应室内的加热丝通入直流电弧；

4）在沉积反应室中，沉积过程分为加热期、成核期、亚微晶生长期、超细纳米晶生长期、生长末期5个阶段，5个阶段采用不同的气相沉积条件；其中，亚微晶生长期与超细纳米晶生长期可循环发生，循环发生次数为N（N≥1）次，形成金刚石亚微晶与超细纳米晶复合涂层。

在步骤1）中，所述PCB微型铣刀可采用WC-Co硬质合金PCB微型铣刀，所述PCB微型铣刀的刃径范围可为0.01～3.175mm。

在步骤2）中，所述甲烷、氢气及氧气的体积百分比可为（0.01%～20%）∶（70%～99.99%）∶（0～20%）。