本發明專利技術公開了一種PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀及其制備方法，采用離子鍍技術和改進型磁過濾離子鍍在硬質合金基體上分別沉積內層和外層，所述內層為CrN過渡層，其與硬質合金基體結合具有很好的熱學、力學和化學匹配性，保證CrN過渡層和基體良好的結合強度；所述外層為AlCrTiN復合層，其具有高硬度、強韌性和低摩擦系數的特點。本發明專利技術通過對CrN和AlCrTiN進行復合設計，利用界面強化、固溶強化、雙相強化和納米強化，獲得一種具有結合力強、硬度高、韌性好、摩擦系數低的復合涂層的PCB銑刀。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及印刷線路板(PCB)用微型銑刀納米復合涂層領域，特別涉及到一種PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀及其制備方法。
技術介紹
隨著全球信息技術(IT)硬件制造產業向國內的轉移，中國已成為IT硬件核心組件印制電路板(PCB)的全球化制造基地。每年消耗量達數億支的PCB微型銑刀的品質成為PCB制造技術革新的核心問題。隨著PCB產業的發展，銑刀轉速趨高(6萬轉/分鐘)、線路板層數增多、難加工無鹵素PCB板大量采用，使PCB成型加工的條件更加苛刻。上海殼瑞微材料科技有限公司從2008年11月成立后，通過I年的不斷研究和測試于2009年11月至2012年8月，累計向PCB行業提供3000萬只鍍膜微鉆和300萬只鍍 膜微型銑刀，建立了 PCB微鉆和微型銑刀硬質涂層企業標準(清洗、涂層技術標準)，突破了多年來將硬質涂層應用于PCB微鉆和PCB用微型銑刀并且量產化的技術難題(微型化、高精度、耐磨性以及硬度方面)。與傳統大尺寸銑刀相比，PCB用微型銑刀直徑小至O. 4mm，微型銑刀使用過程中產生的微曲變形和振動使微型銑刀表面的脆性涂層產生微裂紋，尺寸細小的合金銑刀對表面裂紋極為敏感加上過高的切削轉速(6萬轉/分)，加工過程中產生高溫而導致銑刀脆斷。因為微型銑刀是否會發生斷刀與銑刀的排屑能力有非常密切的關系，光潔性高、和被切削材料親和性低的涂層具有低的摩擦系數和高的抗氧化溫度，有利于排屑能力和切削能力的提高，從而有利于極大地減少斷刀率。為了克服微型銑刀在使用過程中產生的上述問題，開發一種復合涂層越來越重要，因為復合涂層是一種高硬度、高塑性、低磨損率、耐高溫、抗氧化的復合涂層，微型銑刀的使用壽命可以提高原使用壽命的數倍，可節約成本，而且還可大量節省原材料和人力，具有明顯的經濟效益，故該鍍層工藝在PCB微型銑刀上有較大的推廣應用前景。因此，本專利技術針對微型銑刀的切削特點，設計了韌性好、硬度高、摩擦系數小的高性能氮化鋯CrN/AlCrTiN雙相復合涂層。因為CrN的硬度在1600_2000Ην之間，韌性好，熱膨脹系數為6. 9Χ 10_6/Κ，彈性模量為530kN/mm2。熱膨脹系數及彈性模量與PCB基體接近，熱匹配性、化學匹配性好，良好的熱穩定性，但單一的CrN涂層硬度較低。在CrN中加入Al和Ti，通過固溶強化、納米強化和復相強化，可以使復合涂層硬度和韌性顯著提高，涂層中AlCrTiN相的存在可以大大降低涂層的摩擦系數，提高刀具的排屑性能和抗氧化溫度，降低切削力。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對現有技術的上述缺陷，通過選擇合適的涂層材料以及沉積方法來提高微型銑刀的使用壽命以及改善其各個方面的使用性能，從而一方面為印刷電路板的制造節省成本，提高經濟效益，另一方面為印制電路板小型化、精細化的發展起到很好的促進作用。本專利技術通過對CrN和AlCrTiN進行復合設計，通過界面強化、固溶強化、納米強化和復相強化，可以使復合涂層硬度和韌性顯著提高，涂層中AlCrTiN相的存在可以大大降低涂層的摩擦系數，提高刀具的排屑性能和抗氧化溫度，降低切削力，從而獲得一種結合力強、硬度高、韌性好、摩擦系數低以及使用壽命高的PCB銑刀用復合涂層。為實現本專利技術的以上目的，本專利技術通過以下技術方案實現 一種PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀，其特征在于所述微型銑刀的基體為硬質合金，所述基體表面上沉積有作為內層和外層的雙層復合結構，所述內層為過渡層，所述過度層的材料為CrN，其厚度為O. 2-0. 8微米；所述外層為復合層，所述復合層的材料為AlCrTiN，其厚度為1-4微米。本專利技術制備方法的技術方案是一種PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀的制備方法，具有以下步驟(I)首先對所述微型銑刀的硬質合金基體表面進行清洗，將其溫度設為200-300°C，采用離子鍍技術在所述硬質合金基體表面上沉積材料為CrN的過渡層，在采用離子鍍沉積CrN過渡層時采用純Cr靶，電弧電流為60-80A，引入氣體為Ar和N2, Ar流量為20-40ml/min，N2流量為200-400ml/min，采用脈沖負偏壓，偏壓占空比為30_50%，偏壓峰值為-500V至-700V ；(2)在上一步得到的所述過渡層上采用改進型磁過濾離子鍍膜機沉積材料為AlCrTiN的復合層，改進型磁過濾離子鍍沉積AlCrTiN復合層采用純Cr靶和鈦鋁合金靶，保持偏壓、Ar流量不變，N2流量為400-600ml/min電弧電流設為60A，鍍AlCrTiN層50-70min，鍍膜停止后冷卻20分鐘，然后取樣。 首先通過高脈沖偏壓增強的Ar等離子體的轟擊作用和金屬Cr和提離子的注入作用強化涂層和基體之間的結合強度，然后依次采用離子鍍技術沉積CrN過渡層，通過改進型磁過濾離子鍍CrN/AlCrTiN復合層。離子鍍CrN過渡層厚度約O. 2-1微米，和硬質合金基體具有好的熱匹配性、力學匹配性和化學匹配性，保證涂層和基體良好的結合強度。改進型磁過濾離子鍍CrN/AlCrTiN復合層厚度約1_4微米，硬度高，摩擦系數O. 2-0. 3，具有良好的耐磨性和排屑性能和熱穩定性。涂層厚度、復合層組成AlCrTi年比例可根據使用要求調制。所獲得的復合涂層的膜/基結合強度達100-120N，IOg載荷下表面復合硬度達30-38GPa，和GCr 15配副摩擦系數為O. 2-0. 3。本專利技術的有益效果是鍍有本專利技術涂層的微型銑刀，在其切削加工PCB的過程中，不但可以大幅降低銑刀容易斷裂的問題，同時可以大幅提高銑刀的工作壽命，進而提高加工效率。同時由于銑刀表面的涂層具有良好的韌性和耐磨性能，以及較低的摩擦系數，可以大幅提聞廣品質量，從而節省成本和提聞附加價值。綜上所述，本專利技術的銑刀復合涂層及其制備方法使用于PCB微型銑刀中不僅具有良好的耐磨性和排屑性能，其與基體的結合力強，并且所述復合涂層硬度高、韌性好、摩擦系數低，從而使得銑刀的使用壽命延長，降低生產成本，易于實現工業化、批量化生產并且具有非常好的工業應用前景。附圖說明圖1為本專利技術的PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀的結構示意圖。具體實施例方式下面結合附圖以及具體實施例來對本專利技術進行詳細說明。圖1示出了本專利技術的PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀的結構，從圖1中可以看出，在微型銑刀的硬質合金基體c上依次沉積有兩層涂層，內層b為過渡層，該過渡層的材料為CrN，其厚度可以為O. 2-0. 8微米，外層a為復合層，該復合層的材料為AlCrTiN，其厚度為1-4微米。從下述的幾個實施例中可以看出過渡層CrN與硬質合金基體具有良好的熱匹配性、力學匹配性和化學匹配性，保證涂層和基體良好的結合強度。采用非對稱雙極磁控濺射的AlCrTiN復合層厚度也可以約為1-4微米，此厚度的復合層硬度高，摩擦系數較低為O. 1-0. 2，并且具有良好的耐磨性和排屑性能。涂層厚度、復合層中CrN相和AlCrTiN相的組成比例可根據使用要求調制。依照本專利技術的下述方法所獲得的復合涂層的膜/基 結合強度能達80-100N，IOg載荷下表面復合硬度達30-40GPa，并且GCrl5配副摩擦系數為O.1-O. 3 ο以下為制備涂層的具體實施例。實施例一 首先取硬質合金標準測試樣為O. 4-0. 6mm的P本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀，其特征在于：所述微型銑刀的基體為硬質合金，所述基體表面上沉積有作為內層和外層的雙層復合結構，所述內層為過渡層，所述過度層的材料為CrN，其厚度為0.2?0.8微米；所述外層為復合層，所述復合層的材料為AlCrTiN，其厚度為1?4微米。
【技術特征摘要】
1.一種PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀，其特征在于所述微型銑刀的基體為硬質合金，所述基體表面上沉積有作為內層和外層的雙層復合結構，所述內層為過渡層，所述過度層的材料為CrN，其厚度為O. 2-0. 8微米；所述外層為復合層，所述復合層的材料為 AlCrTiN，其厚度為1-4微米。2.一種如權利要求1所述的PCB用超硬耐磨鉻基復合涂層微型銑刀的制備方法，其特征在于具有以下步驟(I)首先對所述微型銑刀的硬質合金基體表面進行清洗，將其溫度設為200-300°C，采用離子鍍技術在所述硬質合金基體表面上沉積材料為CrN的過渡層，在采用離子鍍...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃仕江，
申請(專利權)人：上海殼瑞微材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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