CN109182963B - 一种刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺，包括以下步骤：白刚玉干喷、玻璃珠干喷、白刚玉湿喷、主清洗、烘干。本发明选用白刚玉干喷+玻璃珠干喷+白刚玉湿喷的喷砂方式，能够彻底清除刀具表面的残留物，毛刺去除后一定程度圆化刀具刃口，可以在保证结合力的前提下有效提高刀具的服役寿命，对于插齿刀类刀具，本发明在保护刃口的情况下对刀具表面进行有效处理，提高膜层与基体的结合力。

Description

一种刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺

技术领域

本发明涉及真空镀膜领域，具体地说涉及一种刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺。

背景技术

刀具经等离子真空镀膜处理后，表面硬度可以大幅度提高，较未涂层而言，刀具通常可以获得几倍乃至十几倍寿命的提升。在真空镀膜的各个环节，最为关键的尤属前处理和炉体镀膜两个环节。前处理不当，宏观污渍残存在刀具表面，进炉后离子清洗没有能力去除干净，这就会造成结合力不好或者不同程度的膜层脱落；刃口的毛刺没有去除干净，膜层沉积在毛刺表面，在工作过程中毛刺掉落造成膜层脱落，剥落处的缺陷会逐渐扩展，最终导致工作区域整个膜层脱落，刀具很快被磨损失效。炉体工作环节，真空镀膜工艺的设置非常关键，它包括加热、离子清洗、金属刻蚀、镀膜、冷却等五个步骤。

在等离子真空镀膜领域，好的表面前处理工艺是保证被镀刀具获得清洁表面，从而获得高的镀膜结合力的前提条件，是提高刀具服役寿命的必要手段。

目前，国内外现有真空镀膜技术的表面前处理工艺仍有诸多缺陷，如：

1、刀具刃口处毛刺清除不到位造成其服役过程过早失效；

2、喷砂工艺选择不当造成清洁不彻底或刃口损伤；

3、选择不合理的清洗工艺造成刀具表面微观污渍清除不彻底，涂层结合力差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在保护刃口的情况下对刀具表面进行有效处理，提高膜层与基体的结合力的刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺，包括以下步骤：白刚玉干喷、玻璃珠干喷、白刚玉湿喷、主清洗、烘干。

进一步地，白刚玉干喷步骤中，使用的白刚玉为200～500目的氧化铝颗粒，工作压力0.15～0.4MPa，喷嘴与刀具表面角度15～90°，喷嘴距离刀具距离50～120mm。

进一步地，玻璃珠干喷步骤中，使用的玻璃珠的颗粒大小为100～300目，工作压力0.15～0.3MPa，喷嘴与刀具表面角度15～90°，喷嘴距离刀具距离180～220mm。

进一步地，白刚玉湿喷步骤中，使用的白刚玉的颗粒大小为200～500目，工作压力0.15～0.3MPa，喷嘴与刀具表面角度90°，喷嘴距离刀具距离180～300mm。

进一步地，主清洗步骤依次包括超声波碱溶液清洗槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、循环药水喷淋槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、复合功能槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、防锈剂槽处理、热风烘干槽处理。

进一步地，超声波碱溶液清洗槽的处理温度为50～70℃，药剂成分包括氢氧化钾0.10～0.20％、乙醇胺0.20～0.40％、乙氧基椰油烷基胺0.15～0.20％、二癸基二甲基氯化铵0.15～0.20％、烷基醇酰胺0.02～0.10％，余量为溶剂。

进一步地，循环药水喷淋槽的处理温度为50℃，药剂成分包括氢氧化钾0.10～0.20％、乙醇胺0.20～0.40％、乙氧基椰油烷基胺0.15～0.20％、二癸基二甲基氯化铵0.15～0.20％、烷基醇酰胺0.02～0.10％，余量为溶剂。

进一步地，复合功能槽的处理温度为50～60℃，药剂成分包括乙氧基椰油烷基胺0.25～0.50％、乙醇胺0.02～0.10％，余量为溶剂。

进一步地，防锈剂槽的处理温度为70～80℃，药剂成分包括二氨基二甲基一丙醇0.25～0.50％，余量为溶剂。

进一步地，若刀具来料脏污，则在白刚玉干喷步骤之前，先进行表面预清洗处理，若刀具来料带有原始膜层，则在白刚玉干喷步骤之前，先进行褪镀处理。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明选用白刚玉干喷+玻璃珠干喷+白刚玉湿喷的喷砂方式，能够有效清除刀具表面的残留物，毛刺去除后一定程度圆化刀具刃口，可以在保证结合力的前提下有效提高刀具的服役寿命，对于插齿刀类刀具，本发明在保护刃口的情况下对刀具表面进行有效处理，提高膜层与基体的结合力。

2、本发明能够剔除不良品，并将来料有膜层的产品进行褪镀加干喷组合处理后再镀膜，防止膜层过厚造成加工过程中的膜层崩裂、脱落，另外，去除原有的硬膜可以便于后续的喷砂、抛光等处理，从而可以提高膜层与基体的结合力。

3、本发明采用多槽组合式清洗烘干工艺，使用不同浓度的清洗剂及防锈剂、温度和多种工艺组合，和可以使刀具表面的残留沙砾和宏观微观污渍彻底清除，过防锈剂迅速风干，保证刀具表面不会受到二次污染。

附图说明

图1是本发明一实施例的工艺流程图。

图2是本发明一实施例中主清洗步骤的工艺流程图。

图3是插齿刀使用白刚玉干喷处理示意图。

图4是玻璃珠干喷前后刀具表面状态示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来详细说明本发明。

实施例1

参见图1和图2。

刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺，包括以下步骤：

(1)刀具表面预清洗

来料时刀具表面一般有大量油渍，蜡以及其他污染物，只有经过预清洗去掉大的宏观污染物，才便于显微镜下观察缺陷。表面预清洗溶液为下述主清洗第一槽使用过的溶液，做到充分利用，表面预清洗用过的溶液做危险废弃物进行回收处理。

(2)体式显微镜检查

经预清洗后的刀具过清水，用高压***吹干后置于体视显微镜下检查，检查的项目包括表面是否存在崩口、裂纹、毛刺、刃口粗钝等缺陷，刀具表面是否有膜层，放大7～45倍下观察。对于有缺陷的刀具采取合理的应对措施，决定是否进入下一生产流程，对于有膜层的刀具进入褪镀程序。

(3)褪镀

褪镀是将刀具表面原始膜层去除，目的是防止膜层过厚造成加工过程中的膜层崩裂、脱落。刀具经过PVD及CVD处理后，其表层超硬涂层的硬度可以达到HV2000～4000，对于刀具使用过程中，超硬涂层的厚度不能超过5微米，否则将会出现崩裂、脱落等情况，这是由于硬度越高的涂层内应力越大，韧性越差。所以，在结合力良好的前提下，涂层的叠加过厚也会造成刀具的过早失效。另外，去除原有的硬膜可以便于后续的喷砂、抛光等处理，从而可以提高膜层与基体的结合力。依据膜层的种类不同选择不同的褪镀液，褪镀后的刀具过预洗槽，用高压***吹干，静置等候其他产品一起生产或直接进入下一生产流程。

(4)白刚玉干喷

白刚玉干喷的目的包括去除刀具表面的氧化皮、难以清除的胶状物以及去除褪镀残留的膜层，喷砂时需避开锋利的刃口，防止打坏。参见图3示出的插齿刀使用白刚玉干喷处理示意图，其中1-喷嘴，2-高速白刚玉沙流，3-插齿刀，4-橡胶垫，可以看出，对于插齿刀类刀具，刃口朝下使用橡胶垫4进行保护，采用喷嘴1对插齿刀3刃背进行处理，高速白刚玉沙流2可以将表面的膜层和其他污染物有效去除，且不会破坏刃口的锋利度。

优选地，白刚玉为200～500目氧化铝颗粒，工作压力0.15～0.4MPa，喷嘴与刀具表面角度15～90°，喷嘴距离刀具距离50～120mm，所述白刚玉为200～500目氧化铝颗粒，工作压力0.15～0.4MPa，喷嘴与刀具表面角度15～90°，喷嘴距离刀具距离50～120mm。在实施本发明的过程中，发明人发现采用上述条件时，经过多次工业化论证，能够彻底清除刀具表面的相应物质。

(5)玻璃珠干喷

玻璃珠干喷是为了去除高速钢刀具刃口处的毛刺、使整体表面变得有光泽感，另外可以去除嵌入刀具表面的白刚玉颗粒。参见图4示出的玻璃珠干喷前后刀具表面状态示意图，其中5-刀具表面经白刚玉干喷产生的尖峰，6-嵌入的白刚玉颗粒，7-刀具基体，8-刃口毛刺，9-刃口。对比可以看出，经过玻璃珠干喷后，刀具基体7表面变得较为平整，表面的尖峰5被磨平变得光亮，嵌入的白刚玉颗粒6和刃口处的毛刺8得到清除，且没有破坏刃口9的锋利度。

优选地，所述玻璃珠颗粒大小为100～300目，工作压力0.15～0.3MPa，喷嘴与刀具表面角度15～90°，喷嘴距离刀具距离180～220mm。在实施本发明的过程中，发明人发现采用上述条件时，经过多次工业化论证，能够彻底清除刀具表面的相应物质。

(6)干喷检查

经玻璃珠干喷之后会进行检查，干喷检查的目的是观察刀具表面的毛刺是否清除彻底，污染物是否清除干净。

(7)白刚玉湿喷

白刚玉湿喷的目的主要是圆化刀具的刃口，使其工作状态由单一的“点线接触”变为“面接触”，增大了受力面积可以有效提高刀具的服役寿命，另外，湿喷可以去除干喷后局部的氧化层，并一定程度上可以保护工件免于二次氧化；

刃口圆化范围一般控制在15～30微米，过大或过小都会严重影响寿命；

优选地，所述白刚玉颗粒大小为200～500目，工作压力0.15～0.3MPa，喷嘴与刀具表面角度90°，喷嘴距离刀具距离180～300mm。在实施本发明的过程中，发明人发现采用上述条件时，经过多次工业化论证，能够彻底清除刀具表面的相应物质。

(8)湿喷检查

湿喷检查的目的是观察刃口圆化范围是否合格，并检查表面污染物是否有残留。

(9)主清洗烘干程序

主清洗依次包括超声波碱溶液清洗槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、循环药水喷淋槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、复合功能槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、防锈剂槽处理、热风烘干槽处理，烘干采用烘箱烘干，烘箱烘干参数为时间10～20分钟、温度100～120℃。表1为主清洗各槽药剂成分、配比、温度及功能。

表1主清洗各槽药剂成分、配比、温度及功能

第一槽为超声波碱溶液清洗槽，清洗剂在50～70℃活性最佳，清洗时间3～5分钟，可以去除刀具表面大部分的油、蜡、胶状物等污染物，另具有一定的防锈功能；

第二、四、六槽为超声波去离子水漂洗槽，室温，清洗时间10～20秒，使用高纯水和超声波去除前道程序药液的残留，且采用溢流口始终补充纯水，使电导率维持在10μS/cm以下；

第三槽为循环药水喷淋槽，温度50℃，喷淋时间3～5分钟，实际使用效果证明，采用循环药水高压喷淋可以有效去除刀具表面的污染物，效果比超声波效果更好，这是因为动态的喷淋产生的单位面积能量大于超声波；

第五槽为复合功能槽，温度50～60℃，清洗时间3～5分钟，该槽为最后一道除油，保证清洗质量；

第七槽为防锈剂槽，温度70～80℃，浸泡时间30～60秒，该槽使工件表面产生保护膜，达到防锈的效果，对于高速钢等钢件类的工件及其重要。该槽温度较高，工件浸泡后表面温度迅速上升，为下一步的热风烘干做好铺垫；

第八槽为热风烘干槽，温度130℃，时间30～60秒，经过第七槽后的工件处于较为高温状态，该槽是使用高温高压热风去除刀具表面的残留水渍，迅速风干。

主清洗的目的是为了快速清除表面的污染物，包括喷砂残留的各种沙砾，各种因素造成的污染，另外，防锈剂可以有效保护高速钢类刀具免于氧化。

实施例2

不同预处理工艺的比较试验

表2是不同预处理工艺的比较，其中A、B、C、D四种工艺对应如下：

A：步骤(1)+(2)+(3)+(4)+(5)+(6)+(7)+(8)+(9)；

B：步骤(1)+(2)+(4)+(5)+(6)+(7)+(8)+(9)；

C：步骤(1)+(2)+(3)+(4)+(7)+(8)+(9)；

D：步骤(1)+(2)+(3)+(4)+(5)+(6)+(9)。

表2不同预处理工艺的比较

表面清洁度依据美国ASTM D 2200标准，其中SSPC SP1～10，数字越大表面清洁度越差，从表1可见，四种预处理工艺中B、C、D均会造成刀具表面清洁度的下降，由此对涂层和基体结合力和刀具的服役寿命产生较大的影响，其中结合力测试采用德国VDI3198标准(HF1～HF6)，HF1代表结合力最好，HF6最差。从去毛刺角度看，单独湿喷去毛刺效果并不好，对于大的毛刺需要用干喷处理。去除湿喷工艺后，刀具刃口处没有得到圆化，使其工作处应力较为集中，加工寿命显著下降。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：白刚玉干喷、玻璃珠干喷、白刚玉湿喷、主清洗、烘干；

白刚玉干喷步骤中，使用的白刚玉为200~500目的氧化铝颗粒，工作压力0.15~0.4MPa，玻璃珠干喷步骤中，使用的玻璃珠的颗粒大小为100~300目，工作压力0.15~0.3MPa，白刚玉湿喷步骤中，使用的白刚玉的颗粒大小为200~500目，工作压力0.15~0.3Mpa；

白刚玉干喷步骤中，喷嘴与刀具表面角度15~90°，喷嘴距离刀具距离50~120mm，玻璃珠干喷步骤中，喷嘴与刀具表面角度15~90°，喷嘴距离刀具距离180~220mm，白刚玉湿喷步骤中，喷嘴与刀具表面角度90°，喷嘴距离刀具距离180~300mm；

主清洗步骤依次包括超声波碱溶液清洗槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、循环药水喷淋槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、复合功能槽处理、超声波去离子水漂洗槽处理、防锈剂槽处理、热风烘干槽处理；

超声波碱溶液清洗槽的处理温度为50~70℃，药剂成分包括氢氧化钾0.10~0.20%、乙醇胺0.20~0.40%、乙氧基椰油烷基胺0.15~0.20%、二癸基二甲基氯化铵0.15~0.20%、烷基醇酰胺0.02~0.10%，余量为溶剂；

复合功能槽的处理温度为50~60℃，药剂成分包括乙氧基椰油烷基胺0.25~0.50%、乙醇胺0.02~0.10%，余量为溶剂；

防锈剂槽的处理温度为70~80℃，药剂成分包括二氨基二甲基一丙醇0.25~0.50%，余量为溶剂。

2.如权利要求1所述的刀具表面等离子真空镀膜前处理工艺，其特征在于：若刀具来料脏污，则在白刚玉干喷步骤之前，先进行表面预清洗处理，若刀具来料带有原始膜层，则在白刚玉干喷步骤之前，先进行褪镀处理。

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