[發(fā)明專利]一種采用脈沖激光制備高附著力金剛石涂層的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110329087.3
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102352512A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周建忠;謝小江;黃舒;陳寒松;楊晶
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23F4/04
• 分類號: C23F4/04;C23C14/28;C23C16/27
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到激光加工與涂層刀具領(lǐng)域。特指采用雙次激光沖擊強化處理技術(shù)提高金剛石涂層與YG系列的硬質(zhì)合金刀具之間的結(jié)合強度以及涂層與刀具整體力學和機械性能的方法。

背景技術(shù)

金剛石具有高硬度、高耐磨性、高熱導率、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異特性,?是作為切削工具耐磨涂層十分理想的刀具涂層材料。而硬質(zhì)合金材料具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，是一種應用非常廣泛的刀具材料，但是隨著工業(yè)和科技的，越來越多的難加工材料大量涌現(xiàn)，單一的硬質(zhì)合金材料的性能無法滿足當前的需求，因此產(chǎn)生了涂層硬質(zhì)合金刀具。以YG系列硬質(zhì)合金(WC-Co)?為基體的金剛石涂層刀具在切削難加工材料中應用最廣，?在切削各種非鐵材料如鋁硅合金、陶瓷及各種復合材料等領(lǐng)域具有廣闊的應用市場。然而,?由于金剛石涂層在硬質(zhì)合金刀具基體上的附著力較差,?在切削力作用下很容易從基體上脫落,?所以嚴重影響了金剛石涂層刀具的切削性能和使用壽命，影響金剛石涂層與硬質(zhì)合金刀具之間結(jié)合強度的一個關(guān)鍵因素就是Co的存在。Co的存在有以下幾個副作用：（1）推遲并阻礙金剛石的形核與生長；（2）高蒸汽壓的鉆催化非金剛石碳、非晶碳、石墨的形成；（3）Co對C有著較大的溶解能力，在高溫沉積涂層時，會析出大量的C,在涂層與基體之間形成石墨層；（4）鈷強烈促進金剛石的二次形核。

因此如何降低YG系列表層的Co、徹底消除高溫下Co的擴散以及遷移能力是制備高附著力金剛石涂層的關(guān)鍵所在。對于YG系列的硬質(zhì)合金基體來說，沉積前的基體表面狀態(tài)與性質(zhì)，尤其是表面Co的含量，表面粗糙度，表面性能（表面活性、表面幾何形貌、缺陷類型和密度、晶體結(jié)構(gòu)和點陣常數(shù)、表面能）等因素，能夠顯著影響金剛石的形成核以及涂層質(zhì)量、結(jié)合強度。

為了降低刀具表層的Co含量，提高二者的結(jié)合強度，許多的學者提出了許多比較有效的處理方法，均能在一定程度上降低Co的含量，提高結(jié)合強度，如：微噴砂、等離子體刻蝕、水流濺射、化學處理、等離子體碳氮共滲法、硬質(zhì)合金表面滲硼處理以及施加過渡層等，但是當前的傳統(tǒng)處理措施的存在較大不足,如：化學處理雖然能夠有效的去除刀具表層的Co含量，提高結(jié)合強度，但是存在一定的局限性：（1）無法克服Co在高溫沉積時向貧Co層遷移和擴散；（2）硬質(zhì)合金基體中Co的分布存在聚積，化學脫Co處理無法避免孔洞分布及大小的不均勻性，腐蝕后Co?聚集區(qū)轉(zhuǎn)化為巨大的深坑，很容易形成結(jié)構(gòu)組織松散的WC層，從而在涂層與刀具結(jié)合面之間形成弱相，影響涂層與刀具的結(jié)合強度；（3）去Co之后刀具基體的硬度和抗彎強度都有所下降，而且反復性差等；等離子體刻蝕以、等離子體碳氮共滲法以及硬質(zhì)合金表面滲B處理雖然能徹底消除的Co的影響來提高結(jié)合強度，但是由于高溫的影響，會在刀具刃部形成脆相η相，造成脆性破壞，且無法在刀具基體表面形成一定的殘余壓應力，無法對基材表面進行改性，無法改善基材的應力狀態(tài)、粗糙度等。水流濺射法雖然也能在一定程度上去除刀具表層的Co，但是效果不明顯，也無法克服Co的擴散與遷移難題。傳統(tǒng)的方法雖然能夠提高涂層與刀具之間的結(jié)合強度，但是效果不是很明顯，缺陷也比較多，對基體造成的損害也比較大。即：傳統(tǒng)的處理方法都存在較大的局限性，如：（1）無法在刀具基體表層以及一定深度殘留一定值的殘余壓應力；（2）對基體造成的損害比較大，如降低刀具的硬度和強度；（3）在刀具刃部形成脆相η相，造成脆性破壞；（4）無法徹底地去處刀具表面的Co以及徹底消除Co的遷移、擴散能力；（5）處理措施的工藝比較復雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服當前刀具預處理手段無法在刀具基體表層以及一定深度殘留一定值的殘余壓應力、對基體造成的損害比較大，如降低刀具的硬度和強度、在刀具刃部形成脆相η相，造成脆性破壞、無法徹底地去處刀具表面的Co以及徹底消除Co的遷移、擴散能力、處理措施的工藝比較復雜等局限性，在不損害刀具基體性能的前提下采用了雙次激光沖擊強化預處理技術(shù)徹底消除了Co的影響，提出了一種新型有效的提高金剛石涂層與YG系列硬質(zhì)合金之間的結(jié)合強度以及整體性能的預處理方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明采用雙次激光沖擊強化技術(shù)來制備高附著力金剛石涂層。首先對刀具進行第一次激光強化預處理，利用Co與WC的硬度之間的巨大差異，Co的硬度遠遠低于WC的硬度，在激光沖擊波的高頻高壓作用下對刀具表面以及次表層的Co進行刻蝕，大大改善了金剛石涂層沉積的環(huán)境；在此基礎(chǔ)上對刀具進行第二次激光沖擊強化處理，將B離子帶進刀具基體內(nèi)部，?