[發(fā)明專利]刀具表面摻硼金剛石復(fù)合涂層制備裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910311897.9
• 申請日: 2009-12-21
• 公開（公告）號: CN101736323A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈彬;孫方宏;張志明;沈荷生;郭松壽
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C23C16/46
• 分類號: C23C16/46;C23C16/27
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種刀具制造技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種用于復(fù)雜形狀硬 質(zhì)合金刀具表面摻硼金剛石復(fù)合涂層制備裝置。

背景技術(shù)

金剛石薄膜具有許多接近天然金剛石的優(yōu)異性能，如硬度高、彈性模量大， 摩擦系數(shù)低、耐磨性強(qiáng)以及表面化學(xué)性能穩(wěn)定等，因此，金剛石薄膜作為耐磨、 減摩或保護(hù)性涂層材料在工模具和耐磨器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。化學(xué)氣相 沉積法(Chemical?Vapor?Deposition，簡稱CVD法)制備金剛石薄膜不受基體 形狀的制約，能夠直接沉積在復(fù)雜形狀基體的表面，非常適合用于制備復(fù)雜形狀 金剛石薄膜涂層刀具。然而，復(fù)雜形狀刀具自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能要求使得它對 刀具基體表面預(yù)處理工藝、CVD金剛石薄膜的沉積裝置和沉積工藝均有特殊要求， 并且硬質(zhì)合金刀具中的粘接相鈷對金剛石薄膜具有催石墨化作用，這導(dǎo)致了沉積 在復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金刀具表面的CVD金剛石薄膜與基體之間的附著強(qiáng)度較低，薄 膜表面質(zhì)量差，這極大地制約了復(fù)雜形狀金剛石薄膜涂層刀具的產(chǎn)業(yè)化。

經(jīng)過對文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，為提高金剛石薄膜與硬質(zhì)合金基體之間的附著強(qiáng) 度，普遍采用的預(yù)處理方法包括酸刻蝕、等離子弧刻蝕、化學(xué)反應(yīng)替代、熱機(jī)械 處理以及添加中間過渡層等。然而，這些預(yù)處理方法雖然能夠在一定程度上改善 金剛石薄膜與復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金刀具基體之間的附著力，但是隨著金剛石薄膜沉 積過程的延長，這些方法對于鈷的抑制作用將逐漸減弱，效果并不理想。F.X.Lu 等人在《Diamond?and?Related?Materials》2006年第15期第2039頁發(fā)表的“Novel? pretreatment?of?hard?metal?substrate?for?better?performance?of?diamond? coated?cutting?tools”一文中提出了通過對硬質(zhì)合金刀具基體進(jìn)行滲硼預(yù)處理 的方法提高金剛石薄膜的附著強(qiáng)度。該方法在硬質(zhì)合金基體表面滲硼，使硼元素 與基體表層的鈷元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的硼鈷化合物，從而阻止鈷元素向基 體表層的擴(kuò)散，抑制其對金剛石薄膜質(zhì)量的影響，是一種提高膜-基附著強(qiáng)度的 新型預(yù)處理方法。然而，這種方法是在金剛石薄膜生長之前，在靜態(tài)的條件下對 刀具基體進(jìn)行滲硼處理，它雖然能夠在一定程度上抑制刀具基體內(nèi)部的鈷元素向 表面擴(kuò)散，但是該靜態(tài)滲硼預(yù)處理的需要在高溫條件下進(jìn)行，不僅操作過程復(fù)雜， 耗時耗能，而且極易改變刀具的材料性能。此外，該方法同樣無法在長時間高溫 沉積金剛石薄膜的過程中有效抑制硬質(zhì)合金基體內(nèi)部鈷元素向基體表面熱擴(kuò)散。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種刀具表面摻硼金剛石復(fù)合涂 層制備裝置，能夠保證金剛石復(fù)合薄膜與基體之間具有良好的附著強(qiáng)度，并且能 夠有效改善金剛石薄膜的表面質(zhì)量和均勻性，從而提高金剛石薄膜涂層刀具的使 用壽命和切削性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，通過利用熱絲化學(xué)氣相沉積裝置，在復(fù) 雜形狀硬質(zhì)合金基體表面沉積了由不同摻硼濃度的金剛石薄膜復(fù)合而成的摻硼 金剛石復(fù)合薄膜。摻硼金剛石復(fù)合薄膜既具有良好的附著強(qiáng)度，又具有均勻的表 面質(zhì)量。

本發(fā)明包括：反應(yīng)罩、合金鉆頭、支撐臺及冷卻裝置、直流偏壓電源、熱絲 電源、氣壓控制裝置、耐高溫彈簧、熱絲和鉆頭支架，其中：合金鉆頭和耐高溫 彈簧分別豎直設(shè)置于鉆頭支架上，熱絲的兩端分別與耐高溫彈簧相連接，鉆頭支 架固定設(shè)置于支撐臺及冷卻裝置上，反應(yīng)裝置固定設(shè)置于支撐臺及冷卻裝置以及 鉆頭支架的外部并與氣壓控制裝置相連接，直流偏壓電源分別于熱絲及反應(yīng)罩外 殼相連，熱絲電源的分別與熱絲及耐高溫彈簧相連。

所述的熱絲共兩根，該兩根熱絲位于合金鉆頭的兩側(cè)同一平面內(nèi)、且成平行 等間距排列，兩根熱絲的兩端相連接；

所述的熱絲電源的加熱溫度為2000-2400℃；

所述的反應(yīng)罩上設(shè)有氣體入口和觀察窗，其中：氣體入口位于反應(yīng)罩的頂部， 觀察窗位于反應(yīng)罩的側(cè)面。

本發(fā)明通過以下步驟進(jìn)行工作：