[发明专利]一种基于离子束技术提高抛光光学玻璃的金刚石砂轮棒寿命的方法及设备

说明书

本发明公开了一种基于离子束技术提高抛光光学玻璃的金刚石砂轮棒寿命方法，该方法是利用离子注入技术及磁过滤沉积技术在金刚砂表面沉积超厚超硬以及摩擦系数高以及韧性好的(AlTi)_1‑xN_x/AlTiCN/TiAl/(ZrAl)_1‑xN_x复合膜，其中，制备该(AlTi)_1‑xN_x/AlTiCN/TiAl/(ZrAl)_1‑xN_x复合膜方法包括：采用金属阴极真空磁过滤沉积系统(FCVA)，在砂轮棒表面利用高能大束流金属离子束对工件进行清洗；然后采用金属真空蒸汽离子源方法(MEVVA)，在工件表面注入一层能提高膜基结合力的金属″钉扎层″；在所述的金属″钉扎层″之上，采用磁过滤阴极真空弧沉积方法(FCVA)，在对气体进气量进行正弦或余弦调制沉积得到超硬韧性好的厚(AlTi)_1‑xN_x/AlTiCN/TiAl/(ZrAl)_1‑xN_x复合膜层；重复调制周期直至(AlTi)_1‑xN_x/AlTiCN/TiAl/(ZrAl)_1‑xN_x复合膜总厚度为10‑30微米。通过实施本发明，在工件沉积(AlTi)_1‑xN_x/AlTiCN/TiAl/(ZrAl)_1‑xN_x复合膜具有很好韧性以及很高的显微硬度，能提高砂轮棒寿命2‑5倍。

技术领域

本发明涉及射线束材料表面改性技术领域，特别涉及一种提高抛光手机屏幕的砂轮棒寿命的砂轮棒表面沉积超厚超硬以及摩擦系数高以及韧性好的(AlTi)_1-xN_x/AlTiCN/TiAl/(ZrAl)_1-xN_x复合膜的方法。

背景技术

光学玻璃属于低断裂韧性的硬脆材料，在加工过程中极易产生表面微裂纹、亚表层损伤等缺陷，故加工难度大，特别是在满足精度的前提下难以保证高效性。对于大批量的较大口径光学元件，在规定的时间内满足大批量的元件全表面面形精度的加工要求，对国家光学工业基础提出了极大挑战。第一步加工工序是使用固着磨料的砂轮对工件进行精密磨削，确保在较高的材料去除率下，实现较小的表面粗糙度和低水平的亚表层损伤，以减少后续的抛光时间。目前，光学玻璃的延展性磨削加工大多是采用粗加工，半精加工，精密/超精密加工的工序来实现。其中精密磨削主要采用细磨粒金刚石砂轮(树脂基和金属基)进行，但存在砂轮磨损严重、修整频繁、加工效率低等缺点。若能用大磨粒金刚石砂轮进行精密磨削，将大大降低砂轮磨损率，提高加工效率，并减少加工成本。树脂基金刚石砂轮结合剂主要是耐热性树脂粉末，经过一定的成型制备工艺，获得具有一定规格、形状的金刚石磨具。世界范围内的科研工作者对树脂结合剂金刚石磨具进行了大量的研究，归纳起来主要有：1)提高结合剂材料的耐热性；2)磨料表面镀覆处理研究；3)制备工艺研究。树脂结合剂的金刚石砂轮棒典型特点是：砂轮棒金刚石磨料钝化以后，容易脱落；不需要经常性的检修；加工精度高；对工件保护性好；磨削比较高：由于树脂结合剂金刚石磨具的这些优点和特点，使其在材料研磨、切削等加工领域占有重要的市场地位。

但树脂结合剂及其磨具也存在以下一些缺点：磨具耐热能力较差，不适合超高速磨削；结合剂和磨粒之间属于物理键合，结合强度差，抗外力冲击易损坏；使用寿命不长，加工成本略高。

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。