微型挤压丝锥复合涂层及其制备工艺和制备设备
专利汇可以提供微型挤压丝锥复合涂层及其制备工艺和制备设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种微型 挤压 丝锥复合涂层，包括基体，还包括自内向外依次设置的N‑Fe固溶扩散层、纯Ti打底层、及若干层TiN‑TiC‑TiCN交替层。本发明还提供了所述复合涂层的制备工艺和制备设备，其采用 等离子体 辉光渗氮以及PVD 物理气相沉积 技术，沉积TiN‑TiC‑TiCN多层复合涂层，解决了现有丝锥基体强度不足、表面 耐磨性 欠佳以及丝锥表面自润滑和导热不理想的技术问题。本发明涂层表面显微硬度为Hv3300Kg 力 /cm2，涂层表面 摩擦系数 为0.20，丝锥的整体强度和表面加工性能大幅提高，平均寿命提高3倍。，下面是微型挤压丝锥复合涂层及其制备工艺和制备设备专利的具体信息内容。
1.一种微型挤压丝锥复合涂层，包括基体，其特征在于：还包括自内向外依次设置的N-Fe固溶扩散层、纯Ti打底层、及若干层TiN-TiC-TiCN交替层。
2.根据权利要求1所述的一种微型挤压丝锥复合涂层，其特征在于：所述TiN-TiC-TiCN交替层为3~5层，所述N-Fe固溶扩散层厚度为12~18μm ；所述纯Ti打底层厚度为0.03~0.07μm；所述TiN-TiC-TiCN交替层中TiN层、TiC层、TiCN层的厚度均为0.12~0.18μm。
3.根据权利要求2所述的一种微型挤压丝锥复合涂层，其特征在于：所述TiN-TiC-TiCN交替层为4层，所述N-Fe固溶扩散层厚度为15μm；所述纯Ti打底层厚度为0.05μm；所述TiN-TiC-TiCN交替层中TiN层、TiC层、TiCN层的厚度均为0.15μm。
4.一种权利要求1所述微型挤压丝锥复合涂层的制备设备，包括真空炉体和与之相连的真空系统、工作气体控制系统及加热控温系统，其特征在于：还包括设置在真空炉体内的固定有工件的工装转架，所述真空炉体内还配置有两对相向分布的平面溅射靶，真空炉体上配置有若干电弧靶，所述工件、平面溅射靶及电弧靶分别与偏压电源、溅射靶材电源、电弧靶材蒸发电源相连接。
5.根据权利要求4所述的一种微型挤压丝锥复合涂层的制备设备，其特征在于：所述工装转架包括相互平行的主轴、副轴及设置在副轴上的基盘，所述基盘上固定有若干工件，所述副轴可自转及绕主轴公转，所述工件上还连接一可使其自转的自转装置。
6.根据权利要求4所述的一种微型挤压丝锥复合涂层的制备设备，其特征在于：所述电弧靶的数量为12个，在真空炉体内侧面呈螺旋形分布。
7.根据权利要求4所述的一种微型挤压丝锥复合涂层的制备设备，其特征在于：所述工作气体控制系统包括若干并列设置的气瓶，所述气瓶通过输气管与混气盒相连，混气盒通过出气管与设置在真空炉体内的若干并列设置的布气管相连，所述输气管上依次设置有气体减压阀、气体稳压阀及质量流量控制计。
8.一种如权利要求1所述微型挤压丝锥复合涂层的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤[1] 丝锥基体材料选择与热处理：基体材料采用M42粉末冶金高速钢，经1160℃真空加热，并经-196℃深冷处理后，560℃回火处理，硬度HRC66-67，经螺纹磨床磨制成型；
步骤[2] 磨制成型丝锥表面预处理：将丝锥装挂于清洗篮上，浸入带防锈蚀功能的金属清洗液中，超声波清洗20分钟；等离子水漂洗干净后经无水乙醇脱水，用压缩空气吹干，吹干后的丝锥装夹于刀具专用自动钝化机上卡套钝化10分钟，去毛刺、氧化膜、活化基体表面，可有效提高渗氮效果和PVD涂层结合强度；
步骤[3] 清洗线清洗：钝化后的丝锥经超声波脱蜡、超声波除油、去离子水漂洗、去离子水超声波清洗、热水漂洗、无水乙醇脱水，最后经烘箱热风烘干；
步骤[4] 等离子体渗氮：
a. 将经步骤（3）处理后的丝锥装卡在带有基盘公转、基盘自传和基盘上的工件二次自转的工装转架上，预设公转和自转速度均为1.5转/分钟，开始抽真空，当气压达到5*10-1Pa时，加热至530℃且至少保温20分钟，气压达到5*10-3Pa时，打开氩气质量流量控制计，通入
0
60ml/分钟的氩气，调节截流阀，使气压稳定在2*10Pa，打开偏压电源，频率40KHz，占空比
60%，偏压600V，辉光清洗丝锥表面，稳定时间30分钟；
b. 辉光清洗结束后，关闭氩气，通入流量分别为300ml/分钟和60ml/分钟的氮气和氢气，调节节流阀，使气压稳定在1.3*103Pa，偏压电源频率调至17KHz，占空比80%，偏压600V，进行等离子体辉光渗氮，时间30分钟，形成12~18μm 厚的N-Fe固溶扩散层；
步骤[5] 纳米多层多元复合涂层沉积：
a. 渗氮完成后，将温度降到350℃，调节节流阀并将真空抽至5*10-3Pa；
b. Ti离子轰击：打开氩气质量流量控制计通入30ml/分钟氩气，调节截流阀，使气压稳定在5*10-1Pa，开启偏压电源，频率40KHz，占空比60%，偏压在五分钟内从600V降至200V，电弧靶电流在五分钟内从120A降至70A；
c. 纯Ti打底：Ti离子轰击结束后沉积15分钟纯Ti；
d. 沉积TiN：逐渐减少氩气流量，十分钟内关闭，打开氮气质量流量控制控制计，通入氮气，十分钟内加到180ml/分钟，调节截流阀，使气压稳定在6.5*10-1Pa，然后沉积20分钟TiN；
e. 沉积TiC：打开乙炔质量流量控制计，十分钟内逐渐到150ml/分钟，同时逐渐减少氮气流量，十分钟内降到0，调节节流阀，使气压稳定在4.0*10-1Pa，然后沉积20分钟TiC；
f. 沉积TiCN：逐渐调节氮气流量，十分钟内加到90ml/分钟，同时逐渐减少乙炔流量，十分钟内降到90ml/分钟，气压稳定在4*10-1Pa，沉积20分钟TiCN；
j. 重复步骤d、e、f，直至涂层达到所需厚度后随炉冷却至120℃以下出炉。
9.后处理：将冷却至室温的丝锥装夹于全自动钝化抛光机卡套上，抛光10分钟，去除涂层中的大液滴和尖角处的积瘤，净化涂层表面。
10.根据权利要求8所述微型挤压丝锥复合涂层的制备工艺，其特征在于：步骤[2]中钝化是所使用的钝化磨料为核桃粉，步骤[6]中使用300目的金刚石粉作为抛光磨料。
微型挤压丝锥复合涂层及其制备工艺和制备设备
技术领域
背景技术
发明内容
步骤[2] 磨制成型丝锥表面预处理：将丝锥装挂于清洗篮上，浸入带防锈蚀功能的金属清洗液中，超声波清洗20分钟；等离子水漂洗干净后经无水乙醇脱水，用压缩空气吹干，吹干后的丝锥装夹于刀具专用自动钝化机上卡套钝化10分钟，去毛刺、氧化膜、活化基体表面，可有效提高渗氮效果和PVD涂层结合强度；
步骤[3] 清洗线清洗：钝化后的丝锥经超声波脱蜡、超声波除油、去离子水漂洗、去离子水超声波清洗、热水漂洗、无水乙醇脱水，最后经烘箱热风烘干；
步骤[4] 等离子体渗氮：
a. 将经步骤（3）处理后的丝锥装卡在带有基盘公转、基盘自传和基盘上的工件二次自转的工装转架上，预设公转和自转速度均为1.5转/分钟，开始抽真空，当气压达到5*10-1Pa时，加热至530℃且至少保温20分钟，气压达到5*10-3Pa时，打开氩气质量流量控制计，通入
60ml/分钟的氩气，调节截流阀，使气压稳定在2*100Pa，打开偏压电源，频率40KHz，占空比
60%，偏压600V，辉光清洗丝锥表面，稳定时间30分钟；
b. 辉光清洗结束后，关闭氩气，通入流量分别为300ml/分钟和60ml/分钟的氮气和氢气，调节节流阀，使气压稳定在1.3*103Pa，偏压电源频率调至17KHz，占空比80%，偏压600V，进行等离子体辉光渗氮，时间30分钟，形成12~18μm 厚的N-Fe固溶扩散层；
步骤[5] 纳米多层多元复合涂层沉积：
a. 渗氮完成后，将温度降到350℃，调节节流阀并将真空抽至5*10-3Pa；
b. Ti离子轰击：打开氩气质量流量控制计通入30ml/分钟氩气，调节截流阀，使气压稳定在5*10-1Pa，开启偏压电源，频率40KHz，占空比60%，偏压在五分钟内从600V降至200V，电弧靶电流在五分钟内从120A降至70A；
c. 纯Ti打底：Ti离子轰击结束后沉积15分钟纯Ti；
d. 沉积TiN：逐渐减少氩气流量，十分钟内关闭，打开氮气质量流量控制控制计，通入氮气，十分钟内加到180ml/分钟，调节截流阀，使气压稳定在6.5*10-1Pa，然后沉积20分钟TiN；
e. 沉积TiC：打开乙炔质量流量控制计，十分钟内逐渐到150ml/分钟，同时逐渐减少氮-1
气流量，十分钟内降到0，调节节流阀，使气压稳定在4.0*10 Pa，然后沉积20分钟TiC；
f. 沉积TiCN：逐渐调节氮气流量，十分钟内加到90ml/分钟，同时逐渐减少乙炔流量，十分钟内降到90ml/分钟，气压稳定在4*10-1Pa，沉积20分钟TiCN；
j. 重复步骤d、e、f，直至涂层达到所需厚度后随炉冷却至120℃以下出炉。
图3是本发明所述工作气体控制系统的结构示意图。
具体实施方式
a. 将经步骤（3）处理后的丝锥装卡在带有基盘公转、基盘自传和基盘上的工件二次自转的工装转架上，预设公转和自转速度均为1.5转/分钟，开始抽真空，当气压达到5*10-1Pa时，加热至530℃且至少保温20分钟，气压达到5*10-3Pa时，打开氩气质量流量控制计，通入
60ml/分钟的氩气，调节截流阀，使气压稳定在2*100Pa，打开偏压电源，频率40KHz，占空比
60%，偏压600V，辉光清洗丝锥表面，稳定时间30分钟；
b. 辉光清洗结束后，关闭氩气，通入流量分别为300ml/分钟和60ml/分钟的氮气和氢
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气，调节节流阀，使气压稳定在1.3*10Pa，偏压电源频率调至17KHz，占空比80%，偏压600V，进行等离子体辉光渗氮，时间30分钟，形成12~18μm 厚的N-Fe固溶扩散层；
步骤[2] 纳米多层多元复合涂层沉积：
a. 渗氮完成后，将温度降到350℃，调节节流阀并将真空抽至5*10-3Pa；
b. Ti离子轰击：打开氩气质量流量控制计通入30ml/分钟氩气，调节截流阀，使气压稳定在5*10-1Pa，开启偏压电源，频率40KHz，占空比60%，偏压在五分钟内从600V降至200V，电弧靶电流在五分钟内从120A降至70A；
c. 纯Ti打底：Ti离子轰击结束后沉积15分钟纯Ti；
d. 沉积TiN：逐渐减少氩气流量，十分钟内关闭，打开氮气质量流量控制控制计，通入氮气，十分钟内加到180ml/分钟，调节截流阀，使气压稳定在6.5*10-1Pa，然后沉积20分钟TiN；
e. 沉积TiC：打开乙炔质量流量控制计，十分钟内逐渐到150ml/分钟，同时逐渐减少氮气流量，十分钟内降到0，调节节流阀，使气压稳定在4.0*10-1Pa，然后沉积20分钟TiC；
f. 沉积TiCN：逐渐调节氮气流量，十分钟内加到90ml/分钟，同时逐渐减少乙炔流量，十分钟内降到90ml/分钟，气压稳定在4*10-1Pa，沉积20分钟TiCN；
j. 重复步骤d、e、f，直至涂层达到所需厚度后随炉冷却至120℃以下出炉。
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