帶有鍍膜的刀具及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及刀具鍛膜技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種帶有鍛膜的刀具及其制作方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的刀具普遍采用合金材料的澤火熱處理來制作，都存在著母體基材硬度不 高、耐磨性差、需經(jīng)常研磨的問題。為了提高刀具的硬度和耐磨性，通常有W下兩種做法：
[0003] 方法一、采用高硬度的碳化物（WC、TiC等）合金粉末和陶瓷粉末狂r〇2)等直接燒 結(jié)制作刀具，W改善刀具基體本身的硬度和耐磨性。然而，采用該種方法進(jìn)行刀具的整體加 工較為困難，加工成本很高，且刀具的初性不足，發(fā)生斷裂的幾率較高。
[0004] 方法二、在刀具的表面上設(shè)置一層高硬度、高耐磨的鍛層，形成帶有鍛膜的刀具。 然而，現(xiàn)有的帶有鍛膜的刀具中鍛層與基體的結(jié)合力較弱，使用時(shí)容易引起鍛膜脫落。同 時(shí)，現(xiàn)有的帶有鍛膜的刀具制作時(shí)間較長(zhǎng)。如中國(guó)專利CN2481292Y中公開了一種納米金剛 石薄膜手術(shù)刀，其是利用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在手術(shù)刀表面鍛了一層類金剛石膜。 然而，該專利公開的類金剛石膜中含有氨，膜層的脆性較大。此外，鍛層與基體之間的結(jié)合 力較差，容易出現(xiàn)脫落。
[0005] 基于上述原因，有必要提供一種耐磨性好、鍛層與基體結(jié)合力較好的帶有鍛膜的 刀具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種帶有鍛膜的刀具及其制備方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)中刀具耐磨 性差、鍛層與基體結(jié)合力差的問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種帶有鍛膜的刀具，包括基 體，其中，基體的至少部分表面上設(shè)置有滲Ti的無氨非晶碳膜，且Ti的滲雜量為滲Ti的無 氨非晶碳膜總重量的6~25%。
[0008] 進(jìn)一步地，Ti的滲雜量為滲Ti的無氨非晶碳膜總重量的11~20%。
[0009] 進(jìn)一步地，滲Ti的無氨非晶碳膜中，形成SP3鍵合結(jié)構(gòu)的碳原子占碳原子總數(shù)的 90%或W上。
[0010] 進(jìn)一步地，滲Ti的無氨非晶碳膜中還滲雜有附加元素，附加元素選自元素W、元素 Ta、元素化、元素Ni、元素化、元素化、元素Ru、元素Au及元素Mo中的一種或多種。
[0011] 進(jìn)一步地，滲Ti的無氨非晶碳膜的厚度為0. 1~3ym。
[0012] 進(jìn)一步地，基體的材料為不誘鋼或碳素工具鋼。
[0013] 進(jìn)一步地，刀具具有第一端和與第一端相對(duì)的第二端，其中第一端設(shè)置有刀刃，滲 Ti的無氨非晶碳膜設(shè)置在刀刃至少一側(cè)的部分或全部表面上。
[0014] 進(jìn)一步地，所述滲Ti的無氨非晶碳膜為附著在基體上的單層膜層。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種帶有鍛膜的刀具的制作方法，該制作方法 包括W下步驟：在刀具的基體的至少部分表面上沉積滲Ti的無氨非晶碳膜，滲Ti的無氨非 晶碳膜中可選地滲雜有附加元素。
[0016] 進(jìn)一步地，利用FCVA法、磁控瓣射鍛膜法或離子束鍛膜法在基體的至少部分表面 上沉積滲Ti的無氨非晶碳膜。
[0017] 進(jìn)一步地，制作方法包括W下步驟：提供基體；去除基體表面的油污和氧化物雜 質(zhì)，得到待鍛膜基體；W及將待鍛膜基體置于真空環(huán)境中，利用石墨祀材和鐵祀材W及可選 的附加元素的祀材，WFCVA法在待鍛膜基體表面沉積滲Ti的無氨非晶碳膜，形成帶有鍛膜 的刀具。
[0018] 進(jìn)一步地，WFCVA法在待鍛膜基體表面沉積滲Ti的無氨非晶碳膜的步驟中，工藝 溫度為35~90 °C。
[0019] 進(jìn)一步地，WFCVA法在待鍛膜基體表面沉積滲Ti的無氨非晶碳膜的步驟中，待 鍛膜基體的鍛膜表面與離子源之間的角度為43~45°，離子束能為600~750eV，束流為 2. 0~2. 5mA/cm2,彎管電流為8~10A，沉積偏壓為-95~-110V，沉積時(shí)間控制在40min~ 2化。
[0020] 進(jìn)一步地，去除基體表面的油污和氧化物雜質(zhì)的步驟包括；使用有機(jī)溶劑對(duì)基體 進(jìn)行振洗，然后烘干，得到一次處理基體；使用氮?dú)鈿鈽屩贝狄淮翁幚砘w，得到二次處理 基體；W及用Ar離子對(duì)二次處理基體的表面進(jìn)行瓣射刻蝕，得到待鍛膜基體。
[0021] 進(jìn)一步地，用Ar離子對(duì)二次處理基體的表面進(jìn)行瓣射刻蝕的步驟中，刻蝕時(shí)間為 90~100s，氣氣流量為10~llsccm，二次處理基體的表面與Ar離子束之間的角度為60~ 65。。
[0022] 本發(fā)明所提供的帶有鍛膜的刀具，在刀具基體的至少部分表面上鍛了一層滲雜有 Ti元素的非晶碳膜。相比于單一的非晶碳膜或者滲有其他元素的非晶碳膜而言，滲雜質(zhì)量 分?jǐn)?shù)6~25%的Ti元素能夠有效提高鍛層與合金基體之間的結(jié)合力，同時(shí)，還能夠有效提 高刀具的耐磨性，使刀具具有更長(zhǎng)的耐磨壽命。同時(shí)，本發(fā)明中的非晶碳膜為無氨非晶碳 膜，其中的氨元素含量為0,該能夠有效改善鍛層的脆性問題，使其不易發(fā)生剝離、斷裂，從 而進(jìn)一步提高刀具的使用壽命。
【附圖說明】
[0023] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0024] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式中的帶有鍛膜的刀具。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可W相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0026]正如【背景技術(shù)】部分所描述的，現(xiàn)有的刀具存在耐磨性差、鍛層與基體結(jié)合力差的 問題。為了解決該一問題，本發(fā)明提供了一種帶有鍛膜的刀具，包括基體，其中，基體的至少 部分表面上設(shè)置有滲Ti的無氨非晶碳膜，且Ti的滲雜量為滲Ti的無氨非晶碳膜總重量的 6 ~25%。
[0027] 本發(fā)明中的術(shù)語(yǔ)"無氨非晶碳膜"是指氨元素含量為0的非晶碳膜。
[0028] 本發(fā)明所提供的上述帶有鍛膜的刀具，其在基體外表面上鍛了一層滲雜有Ti元 素的非晶碳膜。相比于單一的非晶碳膜或者滲有其他元素的非晶碳膜而言，本發(fā)明中滲雜 質(zhì)量分?jǐn)?shù)6~25%的Ti元素能夠有效提高鍛層與合金基體之間的結(jié)合力，同時(shí)，還能夠有 效提高基體的耐磨性，使刀具具有更長(zhǎng)的耐磨壽命。同時(shí)，本發(fā)明中的非晶碳膜為無氨非晶 碳膜，其中的氨元素含量為0,該能夠有效改善鍛層的脆性問題，使其不易發(fā)生剝離、斷裂， 從而進(jìn)一步提高刀具的使用壽命?？偠灾?，本發(fā)明所提供的該種帶有鍛膜的刀具具有較 高的硬度，鍛層與基體之間具有極佳的結(jié)合穩(wěn)定性，同時(shí)，摩擦系數(shù)較低、耐磨性較好，且耐 腐蝕，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。
[0029] 本發(fā)明所提供的上述帶有鍛膜的刀具中，只要在無氨非晶碳膜中滲雜6~25%的 Ti元素，就能夠改善鍛層與基體之間的結(jié)合力，同時(shí)使刀具具有較高的耐磨性能。在一種優(yōu) 選的實(shí)施方式中，上述滲Ti的無氨非晶碳膜中滲雜有質(zhì)量分?jǐn)?shù)11~20%的Ti元素。將滲 Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在11~20%，能夠進(jìn)一步改善鍛層與基體之間的結(jié)合力。同時(shí)，帶有鍛 膜的刀具具有更高的耐磨性和硬度，非晶碳膜膜層硬度大于45GPa，摩擦系數(shù)小于0. 1，磨 耗率小于1. 0Xl(T8mmVNm，耐磨性能提升至少1倍。
[0030] 在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述滲Ti的無氨非晶碳膜中，形成SP3鍵合結(jié)構(gòu)的碳 原子占碳原子總數(shù)的90%或W上。將SP3鍵合結(jié)構(gòu)的碳原子比例控制在上述范圍內(nèi)，能夠 使