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喷砂工艺对PVD涂层质量的影响

浏览数:2,013 发布于:2021-07-13

喷砂可分为:(1)表面清洁; (2)切削刃变薄; (3)改善失钴表面; (4)涂层后处理。根据喷砂工艺,有干喷砂和湿喷砂。根据实际操作管理方式,可分为系统自动喷砂机和手动喷砂机。大多数干式喷砂机都配有自动喷砂功能和手动喷砂功能。自动喷砂用于生产加工企业大量不同形状规则的标准以及工件,如滚刀、钻头、刀片等。手工喷砂是用来处理特殊工件的,如模具。
  干式喷砂机使用的砂包括B4C砂、碳化硅、氧化铝(碳化硅)、二氧化硅(玻璃珠)、钢球、塑料颗粒等。B4C和碳化硅颗粒太硬,切削力较强,喷砂处理时间稍长,工件进行尺寸以及可能出现超出公差。此外,工作件表面产生额外的冷压增强应力,涂层更容易剥落,玻璃珠,虽然坚硬和脆,穿快。使用寿命短。钢球容易生锈污染工件,塑料颗粒容易粘在工件表面。这两种不同情况也是不容易清洗,增加了涂层进行质量不断下降和程序中断的风险;另外,塑料颗粒的切削力太小,对硬质合金可以影响关系不大。因此,A1203(金刚砂)是最合适的喷砂介质,当然对于特定的工件,可以选择更合适的喷砂材料。


  当Al2O3(碳化硅)颗粒可以小到13微米(F500),喷砂处理压力为2-5巴时,每分钟可去除一些硬质金属合金进行表面约0.007克材料。也就是说,如果将平方分米的表面均匀喷砂10分钟,材料的表面将被去除约0.5微米的厚度。可以看出,使用Al2O3(碳化硅)作为喷砂材料,几乎没有不会发生改变工件的尺寸,即使喷涂一段发展时间管理也没有什么太大的风险。喷砂用砂使用一段时间后,砂的棱角被磨圆,切削力明显降低。因此,有必要通过定期检查沙子的磨损情况,必要时可以进行及时更换。
  1)喷砂的表面清洁效果
  涂层的附着力与涂层的表面状况密切相关,涂层在任何表面的附着力都不好。喷砂作为涂层的一种预处理方法,是为了保证涂层在某些不良表面的附着力。如氧化表面、腐蚀表面、打磨或抛光不好的表面等。
  工件进行表面的氧化层和腐蚀层与基体的结合工作强度条件很差,在温度环境变化、外力或应力的作用下很容易出现剥离,但仅靠清洗方法很难得到彻底清洗干净。在涂层的加热过程中,一些氧化层和腐蚀层逐渐剥落,没有剥落的氧化层和腐蚀层被涂层覆盖。在涂层进行应力的作用下,部分通过氧化层和腐蚀层也剥落;涂层设计完成后,未剥离的氧化层和腐蚀层存在于不同基体和涂层技术之间。在涂层冷却过程中,温度变化引起的热膨胀应力和收缩应力会随着涂层剥落。未剥离的涂层通过氧化层或腐蚀层附着在基材上,与基材的结合力很差。在工件的使用管理过程中,这部分进行涂层可以首先被剥离。工件的失效从这里逐渐蔓延,最终导致整个工件的失效。氧化层和腐蚀层在加热、涂覆和冷却过程中的剥离会影响涂层的结构特性和结合力,最终会导致工件涂层的使用寿命急剧下降。喷砂可以在涂装前打磨掉工件表面的氧化层和腐蚀层。使刀具获得一致的表面质量,保证涂层附着力,降低涂层刀具在使用中的离散性,获得稳定的切削性能。

  2)喷砂涂层前切削刃的减薄效应
  在刀具的锋利边缘,镀层进行沉积最厚,镀层产生内应力很高。切削过程中,在切削力和内应力的共同作用下,刀具刃口涂层首先开裂脱落,刀具刃口涂层性能的好坏直接决定了整个刀具的使用寿命。切削刃细化是通过喷砂去除切削刃和切削面上凸起的颗粒和碎裂的碎屑,使切削刃的前刀面和前刀面之间平滑过渡,降低刀尖处涂层的内应力集中。喷砂可以细化这些表面,改善其粗糙度,提高涂层与基体的附着力。
  3)改善钴损失表面
  钴损失是指硬金表面的钴含量低于内部的情况。一般采用硬质材料合金(钨钴和钨钴钛)主要以钴为粘结剂,但硬质金属合金中的钴具有中国一定的亲水性,在加工和使用刀具时会与冷却液和润滑液接触,在剥离时会与剥离液接触,都可能造成钴的损失。
在碳化物表面是否丢失钴,用肉眼在放大镜下可见。首先看表面颜色是否一致。如果颜色不一致,钴就有可能丢失。钴损失我们可以用EDXRF仪器进行测量。工件清洗后,用一定直径的钢球对工件表面进行抛光。磨的越深越好。分别测量工件表面和地坑底面的钴含量。两者的区别是工件表面的钴损失。如果没有经过任何表面处理就直接对有钴损失的工件进行涂层,涂层可能我们会与企业失去粘结剂的硬质合金颗粒可以一起脱落。没有涂层的保护,刀具基体的使用寿命会大大降低。
  钴损失表面可以通过喷砂来改善涂层和硬质合金基体之间的邻接力。喷枪喷出的砂子进行高速喷到钻头的流失面,去除周围已经流失了钴粘结剂的硬质合金颗粒,那些结合力较弱的硬质金颗粒也会被去除。这样,喷砂后工件表面不会出现钻削损伤,钻削损伤也有明显改善。在这样的表面上涂覆也会显著增强其结合力。
  既然钴流失对镀层有负面因素影响,喷砂技术可以通过改善钴流失的表面,那么不管钴流失多少,只要有钴流失,喷砂就可以改善吗?其实并不是这样。一些轻微的钴损失不影响涂层的粘附性,可以直接应用,而无需喷砂。对于钴损失严重的,可以通过喷砂继续进行涂层,将钴损失控制在一定比例内;如果喷砂后表面钻孔损失仍然很高,超过可接受的比例,工件上的涂层附着力将不合格。4)喷砂涂装后处理效果
  涂层是由靶材蒸发气化成一个微小影响颗粒沉积在工件进行表面而形成的。在沉积结束时,最终沉积的颗粒将从涂层表面突出。此外,如果涂层颗粒大或小,形成涂层最顶层表面的涂层颗粒也会有不同的尺寸,因此,会有许多不同大小的颗粒从涂层表面凸出在顶部表面,这大大增加了涂层的表面粗糙度。涂层的表面粗糙度与工件工作时产生的小摩擦阻力有很大关系。因此,去除涂层表面的突出颗粒,以提高涂层表面的粗糙度,减少摩擦磨损是有意义和必要的。
  涂层后喷砂是通过喷砂去除这些从涂层表面突出的较大颗粒,从而提高涂层的表面粗糙度。当工件涂层表面的粗糙度提高时,加工过程中遇到的切削阻力就会减小。以钻头进行涂层为例,在没有通过后处理的情况下,钻头的钻进阻力在整个钻进施工过程管理中有高有低。也可以说,钻头在钻进过程中会产生振动,影响钻进精度,降低钻头的使用寿命。喷砂处理后,整个钻孔施工过程中的钻孔阻力非常具有一致,钻头在钻孔设计过程中的振动也很小,这是我们因为钻头涂层材料表面粗糙度一致,摩擦阻力小;此外,涂层表面的平均粗糙度可以明显有效降低,刀具使用寿命明显能够提高。


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