一種具有涂層的焊接陶瓷劈刀的制作方法

本發明涉及一種陶瓷劈刀，具體涉及一種具有涂層的焊接陶瓷劈刀。

背景技術：

目前市場上生產的焊接陶瓷劈刀基本上不具備涂層。專利號為cn02804258.1的專利文件中公開了一種聚合物涂層和無機涂層，聚合物涂層主要成份為聚烯烴、聚對苯二亞甲基或氟聚合物；無機物涂層，如氧化鋁、氮化硅、氧化硅、zta、dlc等。厚度為0.1-2微米，其主要目的是防止劈刀表面的沾污。該技術存在如下問題：(1)需要分區域通過不同的工藝手段實現材料表面的兩種涂層，工藝較復雜；(2)焊嘴內表面采用的聚合物涂層不耐磨損，粘結力不夠，易脫落；(3)焊嘴外表面的涂層材料耐磨性不夠，導致焊嘴外表面的涂層耐磨性差。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種具有耐磨性好，工藝簡單涂層的焊接陶瓷劈刀。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種具有涂層的焊接陶瓷劈刀，所述焊接陶瓷劈刀包括本體、孔以及位于本體一端的焊嘴；所述孔沿本體的縱軸和焊嘴延伸；所述焊嘴的內表面至少一部分具有涂層a；所述涂層a的材料為氮化硅、氮化鋁和六方氮化硼中的至少一種。

本發明所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴的內表面涂層a采用氮化硅、氮化鋁和六方氮化硼這類具有自潤滑性能的高強度陶瓷材料，可減小劈刀內表面與焊線摩擦力，防止與劈刀內表面與金線粘連，并且該類材料與陶瓷劈刀的表面粘接性好，不易脫落，同時該類材料耐磨損，明顯改善了焊接陶瓷劈刀涂層的耐磨損性，進而在一定程度上提高劈刀的使用壽命和避免焊接過程中出現問題。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層a為氮化鋁和六方氮化硼中的至少一種。當焊接陶瓷劈刀的焊嘴的內表面涂層a采用氮化鋁和六方氮化硼中的至少一種時，焊接陶瓷劈刀的耐磨損性較好。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層a為六方氮化硼。

當焊接陶瓷劈刀的焊嘴的內表面涂層a采用六方氮化硼時，焊接陶瓷劈刀的防粘金性、耐磨損性、與焊接陶瓷劈刀的粘接性較好，不易脫落。特別是，當涂層a為氮化鋁和六方氮化硼的混合物，且氮化鋁和六方氮化硼的重量比為1～3:6～8時，相對于單獨使用氮化鋁、六方氮化硼或氮化硅，涂層a的防粘金性、耐磨性能和焊接陶瓷劈刀的粘接性更好。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴的外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b；所述涂層b的材料為紅寶石、藍寶石、碳化鎢、硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化硅、氮化硅、六方氮化硼、zta和dlc中的至少一種。

本發明所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面的涂層b可以采用與內表面涂層一致的材料(如氮化硅、氧化硅、六方氮化硼等)，也可以采用其他高強度材料(如紅寶石、藍寶石、碳化鎢、硅、氧化鋁、zta、dlc等)，以提高劈刀焊嘴的耐磨性，從而提高劈刀的使用壽命。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層b的材料為紅寶石、藍寶石、碳化鎢、硅、氮化鋁、六方氮化硼和zta中的至少一種。當涂層b材料為紅寶石、藍寶石、碳化鎢、硅、氮化鋁、六方氮化硼和zta中的至少一種時，焊接陶瓷劈刀的耐磨性和使用壽命較好。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層b的材料為氮化鋁和六方氮化硼中的至少一種。當涂層b的材料為氮化鋁和六方氮化硼中的至少一種時，焊接陶瓷劈刀能體現出更好的耐磨性和使用壽命更好。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層b的材料為氮化鋁。特別是，當焊接陶瓷劈刀的涂層a為六方氮化硼，涂層b為氮化鋁時，可以有較長的使用壽命。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層a、的厚度為0.01～0.6微米，涂層b的厚度為0.01～0.6微米。涂層a、b的厚度如果過薄，將會導致在焊接一定次數后涂層的磨失，從而對焊接陶瓷劈刀不再起到保護作用；涂層a、b的厚度如果過厚，制備涂層所需要的時間過長，從而導致生產成本高。因此綜合效果和生產成本，涂層a、b的厚度分別為0.01～0.6微米時較佳。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層a通過磁控濺射的方式形成，所述磁控濺射采用靶頭變徑裝置。采用磁控濺射方式制備的劈刀涂層，附著力較強。具有設備簡單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強等優點。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述涂層b通過磁控濺射、噴涂、蒸鍍中的至少一種方式形成。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述磁控濺射的濺射功率為150～700w，濺射氣壓為0.35～1.0pa，氣體總流量為30～50sccm，溫度為150～260℃。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述蒸鍍的工藝參數為：真空度為10^-2～10^-4pa，蒸鍍電流為150～250ma，速率為0.3～0.6nm/s。

作為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的優選實施方式，所述噴涂的工藝參數為：噴砂槍的壓力為0.3～0.8mpa，氧氣壓力為0.7～1.2mpa，乙炔壓力為0.1～0.15mpa，槍距為150～250mm。優選地，所述zta的噴涂的工藝參數為：噴砂槍的壓力為0.6mpa，氧氣壓力為0.8mpa，乙炔壓力為0.13mpa，槍距為200mm。

本發明的有益效果在于：本發明提供了一種具有涂層的焊接陶瓷劈刀，涂層的工藝簡單，成本低；涂層與陶瓷本體的粘接性高；涂層可以防止陶瓷劈刀的內表面與焊線粘連，防止焊線劃傷；涂層的耐磨性好，可以提高劈刀的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例的示意圖；

圖2為焊接陶瓷劈刀的cd值隨著焊接次數的變化關系圖。

具體實施方式

為更好的說明本發明的目的、技術方案和優點，下面將結合具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

圖1中圖(a)為具有涂層的焊接陶瓷劈刀100的一種實施例的示意圖，圖1中圖(b)為圖(a)中具有涂層的焊接陶瓷劈刀100焊嘴部分1b的橫切放大圖。如圖1所示，具有涂層的焊接陶瓷劈刀100具有圓筒部101、圓臺部102和焊嘴103，圓筒部101和圓臺部102內設有孔104，所述孔從具有涂層的焊接陶瓷劈刀100的圓筒部101的末端一直延伸至焊嘴103，焊絲(圖中未示出)被插入孔104中，并穿過焊嘴103。

在焊接的過程中，焊絲穿過孔104與焊嘴的內表面103接觸，如果焊嘴的內表面103沒有涂層，焊嘴的內表面103容易與焊線粘連，焊嘴的內表面103沾污后容易劃傷焊線，焊線形成劃痕后影響第二焊點與焊盤的結合強度；焊嘴的內表面103、焊嘴的外表面106和焊嘴面107與待焊接的物體表面接觸，如果沒有涂層，容易造成焊嘴的外表面106和焊嘴面107的磨損，從而影響焊接陶瓷劈刀的壽命。本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的焊嘴的內表面103不與焊線粘連，具有防止焊線劃傷、壽命長等優點，涂層的具體材料見實施例2～10。

實施例2

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為氮化鋁。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：將焊接陶瓷劈刀清洗完成后置于磁控濺射真空腔內，并抽真空，起始真空度為5×10^-4pa，通入氮氣，調節流量，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為30％。調節沉積腔室壓力至0.35pa，溫度為250℃采用中頻電源濺金屬al靶，濺射功率為400w，沉積時間為1h，得到涂層b；將基體轉至正對六方氮化硼靶位置且采用靶頭變徑裝置，關閉al靶靶擋板，調節工作氣壓至1pa，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為20％。采用中頻電源濺射六方氮化硼靶，濺射功率為250w，沉積時間為40min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.4微米，0.3微米。

實施例3

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為氮化硅；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為紅寶石。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：紅寶石蒸鍍：起始真空度為10^-3pa，蒸鍍電流為250毫安，蒸鍍速率為0.6nm/s。蒸鍍15min，得到厚度為0.54μm的涂層b。在起始真空度為7.5×10^-4pa，通入氮氣和氬氣分別作為反應氣體和工作氣體，si靶材，濺射功率為700w，濺射總氣流為30sccm，氮氣的分壓比為33％，基底溫度控制為260℃，濺射時間為30min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.6微米，0.54微米。

實施例4

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為氮化鋁；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為氮化鋁。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：將焊接陶瓷劈刀清洗完成后置于磁控濺射真空腔內，并抽真空，起始真空度為5×10^-4pa，通入氮氣，調節流量，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為30％。調節沉積腔室壓力至0.35pa，溫度為180℃采用中頻電源濺金屬al靶，濺射功率為150w，沉積時間為10min，得到涂層b；采用靶頭變徑裝置，采用中頻電源濺金屬al靶，濺射功率為150w，沉積時間為10min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.01微米，0.01微米。

實施例5

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為氮化鋁；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為硅。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：紅寶石蒸鍍：起始真空度為10^-2pa，蒸鍍電流為150毫安，蒸鍍速率為0.3nm/s，蒸鍍30min，得到膜厚度為0.54μm的涂層b。將起始真空度調至5×10^-4pa，通入氮氣，調節流量，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為30％。調節沉積腔室壓力至0.35pa，溫度為250℃，采用靶頭變徑裝置，中頻電源濺金屬al靶，濺射功率為350w，沉積時間為30min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.1微米，0.54微米。

實施例6

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為氮化鋁；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為藍寶石。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：藍寶石蒸鍍：起始真空度為10^-4pa，蒸鍍電流為250毫安，蒸鍍速率為0.6nm/s。蒸鍍15min，得到膜厚度為0.54μm的涂層b。a層氮化鋁濺射工藝。將起始真空度調至5×10^-4pa，通入氮氣，調節流量，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為30％。調節沉積腔室壓力至0.35pa，溫度為250℃，采用靶頭變徑裝置，中頻電源濺金屬al靶，濺射功率為400w，沉積時間為30min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.25微米，0.55微米。

實施例7

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為碳化鎢。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：碳化鎢粉末火焰噴涂法，使用乙炔和氧組合燃燒提供熱量，采用壓縮空氣或氣流加速裝置來提高顆粒速度，噴砂槍的壓力為0.8mpa，氧氣壓力1.2mpa，乙炔壓力0.15mpa，槍距250mm，噴碳化鎢粉至預定厚度得涂層b。將基體轉至正對六方氮化硼靶位置且采用靶頭變徑裝置，關閉al靶靶擋板，調節工作氣壓至1pa，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為20％。采用中頻電源濺射六方氮化硼靶，濺射功率為250w，沉積時間為40min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.4微米，0.45微米。

實施例8

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為zta。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：涂層b采用zta粉末火焰噴涂法，使用乙炔和氧組合燃燒提供熱量，采用壓縮空氣或氣流加速裝置來提高顆粒速度，噴砂槍的壓力為0.3mpa，氧氣壓力0.7mpa，乙炔壓力0.1mpa，槍距150mm，噴zta粉至預定厚度得涂層b。將基體轉至正對六方氮化硼靶位置且采用靶頭變徑裝置，關閉al靶靶擋板，調節工作氣壓至1pa，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為20％。采用中頻電源濺射六方氮化硼靶，濺射功率為250w，沉積時間為40min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.4微米，0.6微米。

實施例9

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為六方氮化硼；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為氮化硅。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：在起始真空度為7.5×10^-4pa，通入氮氣和氬氣分別作為反應氣體和工作氣體，si靶材，濺射功率為400w，濺射總氣流為30sccm，氮氣的分壓比為33％，基底溫度控制為260℃，濺射時間為15min，得到涂層b。將基體轉至正對六方氮化硼靶位置且采用靶頭變徑裝置，關閉al靶靶擋板，調節工作氣壓至1pa，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為20％。采用中頻電源濺射六方氮化硼靶，濺射功率為150w，沉積時間為20min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.05微米，0.1微米。

實施例10

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種實施例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a為氮化鋁和六方氮化硼的混合物，且氮化鋁和六方氮化硼的重量比為1:4，所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為氮化鋁。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：將焊接陶瓷劈刀清洗完成后置于磁控濺射真空腔內，并抽真空，起始真空度為5×10^-4pa，通入氮氣，調節流量，使得氬氣與氮氣的總流量為50sccm，氮氣的分壓比為30％。調節沉積腔室壓力至0.35pa，溫度為250℃采用中頻電源濺金屬al靶，濺射功率為400w，沉積時間為1h，得到涂層b；將基體轉至正對氮化鋁與六方氮化硼的復合靶材位置且采用靶頭變徑裝置，關閉al靶靶擋板，調節工作氣壓至1pa，使得氬氣與氮氣的總流量為40sccm，氮氣的分壓比為20％。采用中頻電源濺射六方氮化硼靶，濺射功率為2000w，沉積時間為20min，得到涂層a。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.4微米，0.3微米。

對比例1

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種對比例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為聚乙烯；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為氮化硅。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：涂層a采用聚乙烯熱涂敷工藝，涂層b的制備工藝與實施例9中涂層b的制備工藝相同。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：a，b膜層厚度分別為0.4微米，0.3微米。

對比例2

本發明所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的一種對比例，所述焊接陶瓷劈刀的焊嘴內表面至少一部分具有涂層a，所述涂層a的材料為聚對二甲苯；所述陶瓷劈刀的焊嘴外表面和焊嘴面至少一部分具有涂層b，所述涂層b的材料為氧化鋁。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的涂層的制備工藝為：涂層a采用聚對二甲苯熱涂敷工藝，涂層b的制備工藝與實施例4中涂層b的制備工藝相同。

本實施例所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀焊嘴內表面涂層的、焊嘴外表面和焊嘴面的涂層厚度分別為：0.4微米，0.3微米。

實施例11

對實施例2～10、對比例1、2和無涂層的焊接陶瓷劈刀進行耐磨性測試，耐磨性測試是通過測試劈刀的內倒角直徑(cd值)與劈刀焊接次數之間的關系，因為劈刀在使用過程中，劈刀會出現一定的磨損，隨著使用次數的增加，劈刀的磨損的加劇，cd值也會越來越大，因此cd值在一定程度上代表了劈刀刀嘴處的磨損情況。圖2為焊接陶瓷劈刀的cd值隨著焊接次數的變化關系圖。

從圖2可以看出，在焊接次數相同的情況下，與對比例1、2和無涂層的焊接陶瓷劈刀相比，實施例2～10所述焊接陶瓷劈刀的cd值明顯低于對比例1、2，說明加上涂層后明顯改善了劈刀的耐磨損性，其中實施例10的耐磨損性最佳。

實施例12

對實施例2～10、對比例1、2和無涂層的焊接陶瓷劈刀在不同焊接次數的條件下進行第二焊點拉力測試，測試方法為：在臨近第二焊點的位置向正上方施加拉力，焊線從焊墊撕裂的力為第二焊點的拉力，拉力越大，說明焊線和焊墊的結合力越大，第二焊點的焊接效果越好，焊接出來的產品可靠性越高，本測試使用的焊線的線徑為0.7mil，測試結果見表1。

表1不同焊接次數時的第二焊點拉力值

從表1可以看出，第二焊點拉力值隨焊接次數的增多而降低，在相同焊接次數的條件下，實施例2～10所述具有涂層的焊接陶瓷劈刀的第二焊點拉力值大于對比例1、2和無涂層的焊接陶瓷劈刀，其中實施例10的第二焊點拉力值最大。如果無涂層，焊接陶瓷劈刀的焊嘴處會沾污雜質顆粒，從而影響其表面形貌，對第二焊點的鍵合強度有較大的影響。焊接陶瓷劈刀在使用過程中，線徑為0.7mil時，一般ic封裝的第二焊點的拉力值要求是2g。而本發明所述焊接陶瓷劈刀的涂層材料與焊接陶瓷劈刀的粘接性好，經過多次焊接后，仍具有較高的第二焊點拉力值，經200萬次焊接后，本發明所述焊接陶瓷劈刀的拉力值仍高于對比例1、2和無涂層的焊接陶瓷劈刀以及最低標準，說明本發明所述涂層材料能有效提高焊接陶瓷劈刀的使用壽命。

最后所應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。