CN101230459A - 微钻针表面电镀方法及其结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微钻针表面电镀方法及其结构，其包含下列各步骤：a)提供一微钻针以及一真空腔，将所述微钻针置于所述真空腔内；b)以电弧沉积方式对所述微钻针表面进行沉积，以形成一第一镀膜层；c)以溅射沉积方式对所述第一镀膜层表面进行沉积，以形成一第二镀膜层。由此，本发明提供了微钻针高硬度、低摩擦系数、高稳定性的机械性质，具有耐磨耗以及提高加工精度的特色。
Description
技术领域
本发明与切削工具有关，特别是指一种微钻针表面电镀方法及其结构。
背景技术
一般钻针可区分为一柄部以及一刃部，柄部供工具机械夹持，刃部用于对工件进行加工。由于刃部为进行钻孔加工的主要部位，必需要具备相比于工件更高硬度的机械性质，以达到顺利进行加工的目的。
为提高钻针的机械性质，习知方式是采用电弧沉积(arc deposition)在钻针表面镀上一层硬度较高的薄膜，以提高钻针刃部表面的硬度。然而，若以电弧沉积(arcdeposition)方式镀膜，容易在镀膜表面产生金属液滴(metal droplet)，致使镀膜表面不平滑。其中，金属液滴的大小约介于0.7μm～2μm，对于一般的钻针而言，由于其刃径较大，且对于钻孔的精密度要求较低，金属液滴对于一般钻针的钻孔的精密度影响较小，且在摩擦系数的影响并不显著，故金属液滴所造成的影响尚在可以容许的范围内。但是，若同样以电弧沉积方式对微钻针(micro drill)进行镀膜，同样可以提高微钻针刃部表面的硬度。但是，由于其刃径较小约在3.175mm以下，且钻孔的精密度要求较高；金属液滴则显得过大，不但大幅降低精密度，且相对钻针的摩擦系数影响也大幅提高。故习用以电弧沉积(arc deposition)方式镀膜并不适用于微钻针。
为改善上述问题，一般采用溅射沉积(sputter deposition)的方式进行镀膜，其能够使镀膜的膜厚较为平均且不会形成金属液滴，镀膜表面较为平滑。其相比于电弧沉积能够降低摩擦系数，提高钻孔的精密度以及速度。然而，在以溅射沉积方式进行镀膜前，若不在钻针刃部表面预先制作一附着度高的键植层(under-layer)作为底材，例如：钛氮化物(TiN)，则镀膜会产生附着力不足较容易剥离的问题。此种类型的微钻针使用寿命较短，不能有效达到提升微钻针机械性质的目的，具有机械性质较差的缺点而有待改进。
综上所述，习用微钻针表面镀膜方法具有上述的缺点而有待改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种微钻针表面电镀方法及其结构，具有耐磨耗以及提高加工精度的特色。
为达到上述目的，本发明所提供的一种微钻针表面电镀方法，其特征在于包含下列各步骤：a)提供一微钻针以及一真空腔，将所述微钻针置于所述真空腔内；b)以电弧沉积方式对所述微钻针表面进行沉积，以形成一第一镀膜层；c)以溅射沉积方式对所述第一镀膜层表面进行沉积，以形成一第二镀膜层。
上述本发明的技术方案中，步骤a)中的所述微钻针，预先用超声波去除表面油污并烘干水分后，再置于所述真空腔内。
上述本发明的技术方案中，步骤a)中的所述真空腔，具有一真空管路，以供将所述真空腔抽成真空状态。
上述本发明的技术方案中，步骤a)中的所述真空腔，抽真空至8×10-3Pa。
上述本发明的技术方案中，步骤b)所述及的电弧沉积方式，为旋转式电弧沉积。
上述本发明的技术方案中，步骤b)的所述第一镀膜层，其厚度在3μm以下。
上述本发明的技术方案中，步骤c)所述及的溅射沉积方式，为非平衡磁控溅射沉积。
上述本发明的技术方案中，步骤c)的所述第二镀膜层，为以非导电性靶材进行溅射沉积。
上述本发明的技术方案中，步骤c)所述及的非导电性靶材，选自二硼化钛、三氧化二铝以及氮化硼其中一种。
上述本发明的技术方案中，步骤c)的所述第二镀膜层，其厚度在3μm以下。
一种以权利要求1所述电镀方法制得的薄膜，其特征在于包含有：一微钻针；一第一镀膜层，以电弧沉积方式形成于所述微钻针表面；一第二镀膜层，以溅射沉积方式形成于第一镀膜层表面。
所述第一镀膜层的厚度在3μm以下。
所述第二镀膜层的厚度在3μm以下。
所述第二镀膜层为具有碳基、硼基、氮基或钛基的合金。
采用以上技术方案，本发明先以电弧沉积方式提供微钻针刃部高硬度的机械性质，使其具有耐磨耗的特色，再以溅射沉积方式提供微钻针刃部形成光滑表面，可以减少不平滑面的形成，具有低摩擦系数的特色。由此，本发明相比于习用镀膜方式，能够克服电弧沉积镀膜表面粗糙以及溅射沉积镀膜附着力不高的缺点，并进一步提升微钻针刃部的机械性质，使微钻针具有较高的稳定性以及较长的使用寿命。因此本发明能克服习用微钻针的缺点，提供微钻针高硬度、低摩擦系数、高稳定性的机械性质，具有耐磨耗以及提高加工精度的特色。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的镀膜流程图；
图2是本发明一较佳实施例的微钻针的正面视图；
图3是本发明一较佳实施例的加工示意图，其揭示真空腔的结构；
图4是本发明一较佳实施例的局部放大图，其揭示微钻针刃部表面在镀膜前的状态；
图5是本发明一较佳实施例的结构示意图，其揭示微钻针刃部表面经过电弧沉积处理后的状态；
图6是本发明一较佳实施例的结构示意图，其揭示微钻针刃部表面经过溅射沉积处理后的状态。
具体实施方式
为了详细说明本发明的结构及所达到的功效，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。
如图1～图6所示，为本发明所提供的一种微钻针表面电镀方法及其结构的一较佳实施例，其镀膜程序如下：
a)首先，提供一微钻针(micro drill)10以及一真空腔20，将微钻针10置于真空腔20内(如图3所示)。其中，微钻针10具有一柄部12以及一刃部14。微钻针10在放置入真空腔20前预先用超声波去除表面油污，以提高离子在沉积时的附着力。再烘干附着于微钻针10的水分，防止微钻针10沉积时形成氧化物，而在微钻针10表面形成凸起。真空腔20具有一真空管路22，以供将真空腔20抽成8×10-3Pa的真空状态。
b)以电弧沉积(arc deposition)方式对微钻针10表面进行沉积，以形成一第一镀膜层30。其中电弧沉积方式包含有阴极电弧沉积(cathodic arc deposition)、过滤式阴极电弧沉积(filtered cathodic arc deposition)以及旋转式电弧沉积(steering arcdeposition)。在上述电弧沉积方式中，以旋转式电弧沉积所形成的薄膜硬度效果较好。因此本实施例的电弧沉积方式选用旋转式电弧沉积为例，并以导电性靶材对微钻针10表面进行电弧沉积，以形成第一镀膜层30(如图5所示)。第一镀膜层30的厚度为3μm。其中可预见的是，第一镀膜层30在表面将具有数个金属液滴形成凸起，以旋转式电弧沉积而言，其所形成的金属液滴大小恰好在微钻针可以容许的范围的上限值。
c)以溅射沉积(sputter deposition)方式对第一镀膜层30表面进行溅射沉积，以形成一第二镀膜层40。溅射沉积方式包含直流溅射沉积(DC-diode Sputtering)、磁控溅射沉积(magnetron sputtering)、非平衡磁控溅射沉积(unbalanced magnetronsputtering)、高周波溅射沉积(ratio-frequency sputtering)以及反应性气体溅射沉积(reactive gas sputtering)。在上述溅射沉积方式中，由于非平衡磁控溅射沉积的工作距离较长，使靶材在溅射沉积时较为平均，进而能够使镀膜形成较为平滑的表面。再者，以非平衡磁控溅射沉积方式进行溅射沉积时，不会受限于导电性靶材以及非导电性靶材的适用种类，具有较好的适用性。因此本实施例的溅射沉积方式选用非平衡磁控溅射沉积为例。在靶材种类中，以非导电性靶材的硬度为最好，其硬度由高到低的前三种依序分别为二硼化钛(TiB2)、氮化硼(BN)以及三氧化二铝(Al2O3)。再者，若以离子的附着力考虑来选择靶材，其中以含钛(Ti)者为好，可以提高离子的附着力，能进一步使离子较容易地进行附着。此外，非导电性靶材的成本比导电性靶材低，具有降低成本的特色。本实施例选用二硼化钛(TiB2)为靶材，对微钻针10的刃部14表面进行溅射沉积，以形成第二镀膜层40(如图6所示)，第二镀膜层40的厚度为3μm。经实验证明，当第二镀膜层40的镀膜厚度为3μm时较为适当。其中可预见的是，第二镀膜层40在金属液滴形成凸起处会形成较为平坦的表面，能够降低金属液滴造成的影响，使第二镀膜层40可以同时兼顾提高机械性质以及钻孔作业在精密度上的要求，以取得较好的效果。第二镀膜层40为具有碳基(carbon-base)、硼基(boron-base)、氮基(nitrogen-base)或钛基(titanic-base)的合金。
由此，本发明经由上述步骤，其先对微钻针刃部表面以电弧沉积(arc deposition)方式处理，提供其较佳的硬度，接着，再以溅射沉积(sputter deposition)的方式进行镀膜，能够在微钻针刃部形成光滑表面，以减少摩擦力的形成。其相比于习用方法，能够提供微钻针高硬度、低摩擦系数、高稳定性的机械性质，具有耐磨耗以及提高加工精度的特色。
再者，习用微钻针表面以溅射沉积镀膜前，需要预先在微钻针刃部表面制作一附着度高的键植层(under-layer)的程序，以利于第二镀膜层进行附着。本发明不需预先制作键植层(under-layer)即可使第二镀膜层进行附着，尤其以非导电性靶材进行溅射沉积时，其附着度相比于习用预先制作键植层的方式更高，具有简化溅射沉积步骤的特色。此外，当选用硬度较高的非导电性靶材进行溅射沉积镀膜时，第二镀膜层同样可兼具有高硬度、耐磨损的特色，能够进一步提升微钻针刃部的机械性质，延长微钻针的使用寿命。
经由以上实施例可知，本发明经由上述步骤，先以电弧沉积方式提供微钻针刃部高硬度的机械性质，使其具有耐磨耗的特色，再以溅射沉积方式提供微钻针刃部形成光滑表面，可以减少不平滑面的形成，具有低摩擦系数的特色。由此，本发明相比于习用镀膜方式，能够克服电弧沉积镀膜表面粗糙以及溅射沉积镀膜附着力不高的缺点，并进一步提升微钻针刃部的机械性质，使微钻针具有较高的稳定性以及较长的使用寿命。当然，在实施上，本发明的微钻针表面电镀方法不仅可以对钻针刃部实施加工，也同样适用于对整支钻针进行加工。
综上所述，本发明在上述实施例中所揭示的构成组件及方法步骤，仅为举例说明，并不能用来限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应以权利要求书为准，其它等效组件或步骤的替代或变化，均应包含在本发明的专利保护范围内。
Claims (14)
1.一种微钻针表面电镀方法，其特征在于包含下列各步骤：
a)提供一微钻针以及一真空腔，将所述微钻针置于所述真空腔内；
b)以电弧沉积方式对所述微钻针表面进行沉积，以形成一第一镀膜层；
c)以溅射沉积方式对所述第一镀膜层表面进行沉积，以形成一第二镀膜层。
2.如权利要求1所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤a)中的所述微钻针，预先用超声波去除表面油污并烘干水分后，再置于所述真空腔内。
3.如权利要求1所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤a)中的所述真空腔，具有一真空管路，以供将所述真空腔抽成真空状态。
4.如权利要求3所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤a)中的所述真空腔，抽真空至8×10-3Pa。
5.如权利要求1所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤b)所述的电弧沉积方式，为旋转式电弧沉积。
6.如权利要求1所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤b)的所述第一镀膜层，其厚度在3μm以下。
7.如权利要求1所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤c)所述的溅射沉积方式，为非平衡磁控溅射沉积。
8.如权利要求7所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤c)的所述第二镀膜层，为以非导电性靶材进行溅射沉积。
9.如权利要求8所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤c)所述的非导电性靶材，选自二硼化钛、三氧化二铝以及氮化硼其中一种。
10.如权利要求1所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：步骤c)的所述第二镀膜层，其厚度在3μm以下。
11.一种以权利要求1所述电镀方法制得的薄膜，其特征在于包含有：
一微钻针；
一第一镀膜层，以电弧沉积方式形成于所述微钻针表面；
一第二镀膜层，以溅射沉积方式形成于第一镀膜层表面。
12.如权利要求11所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：所述第一镀膜层的厚度在3μm以下。
13.如权利要求11所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：所述第二镀膜层的厚度在3μm以下。
14.如权利要求11所述的微钻针表面电镀方法，其特征在于：所述第二镀膜层为具有碳基、硼基、氮基或钛基的合金。
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