[發明專利]硬質合金刀具表面沉積類金剛石膜的方法及硬質合金刀具

無效

• 申請號: 201210077664.9
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN103320766A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 汪瑞軍;李振東;詹華;呂玉芬;王世興
• 申請（專利權）人: 中國農業機械化科學研究院;北京金輪坤天特種機械有限公司
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/27
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

技術領域

本發明涉及一種硬質合金刀具制備方法，具體地說，是涉及在硬質合金刀具表面沉積高硬度、高界面匹配性類金剛石膜的方法；本發明還涉及表面沉積有類金剛石膜的硬質合金刀具。

背景技術

隨著工業技術的發展，復合材料(如硅鋁合金、碳纖維增強復合材料、玻璃纖維增強塑料等)在汽車零件和飛機結構件中得到大量應用，但在復合材料中添加了硬質耐磨顆粒或纖維作為強化劑，該硬質相會造成刀具產生大量切削熱和過早磨損，增加了復合材料的加工難度。尤其在碳纖維增強復合材料的零件與其他零部件裝配連接時，不可避免地要進行大量孔加工。在孔加工中，由于硬質合金既有良好的耐磨性又有較高的斷裂韌性，是制備刀具的理想材料，且可制成形狀復雜的刀具，使其成為一種傳統的、經濟有效的刀具材料而得到大規模應用。但碳纖維的高硬度，使刀具磨損加快，刀具耐用度低，另外，碳纖維增強復合材料各向異性，層間結合強度低，切削時易產生分層和撕裂等缺陷，加工質量難以保證。因此，在復合材料孔加工方面，硬質合金麻花鉆頭存在著耐用度偏低、加工質量無法保證等瓶頸問題。

金剛石具有高硬度、高耐磨性、高導熱性和低摩擦系數等優點，是制造刀具的理想材料，但天然金剛石資源有限，且價格昂貴，無法實現大規模工業化應用，而采用高溫高壓合成的聚晶金剛石也具有合成成本高、不能制造復雜形狀刀具等缺點，限制了其應用范圍。目前采用物理氣相沉積，如：離子束沉積(IBD)、離子束增強沉積技術(IBED)、過濾陰極真空弧(FCVA)、脈沖激光沉積(PLD)等，或采用化學氣相沉積(CVD)制備的類金剛石(DLC)膜性能接近金剛石，具有更高的性價比，在一定范圍內可以替代金剛石，適合于工程化應用。

化學氣相沉積(以下簡稱CVD)是在硬質合金上制備DLC膜最常用技術之一，采用CVD工藝在硬質合金刀具上生長DLC膜時，硬質合金中的粘結相Co具有溶解碳、抑制金剛石相形核和促進石墨生長等作用，降低了DLC膜與基體之間結合力，限制了DLC膜應用。另外，DLC膜熱膨脹系數小(1～2.7×10^-6K^-1)，高溫沉積條件下，冷卻過程中在DLC膜中形成較大殘余壓應力，影響刀具使用效果和壽命。

針對上述問題，實有必要提供一種高硬度、高界面匹配性的DLC膜制備技術，以提高硬質合金刀具的使用性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有工藝在硬質合金表面制備DLC膜存在的不足，提供一種在硬質合金刀具表面沉積DLC膜的方法，以在硬質合金刀具表面涂覆DLC膜，從而提高硬質合金刀具的使用性能。

為了解決上述技術問題，本發明提供的硬質合金刀具表面沉積DLC膜的方法，包括：

S100，超聲波清洗硬質合金刀具步驟；

S200，離子清洗硬質合金刀具步驟；以及

S300，采用射頻等離子增強化學氣相沉積(RF-PECVD)工藝在硬質合金刀具表面沉積厚度為0.2～0.6μm的DLC膜步驟。

上述的方法，其中，在所述步驟S100中，包括步驟：

S110，將硬質合金刀具依次經過清潔劑、自來水、丙酮、去離子水、混合酸和去離子水進行超聲波清洗；以及

S120，將經過超聲波清洗后的硬質合金刀具在烘箱中烘干并裝卡在化學氣相沉積真空室的旋轉支架上。

上述的方法，其中，在所述步驟S110中，又包括步驟：

S111，采用加有清潔劑的自來水超聲波清洗10～15min，去除刀具表面油污；

S112，用流動的自來水沖洗刀具表面殘留的清潔劑；

S113，依次采用丙酮和去離子水分別超聲波清洗10～15min，去除刀具表面殘留的污漬；

S114，用混合酸超聲波清洗10～15min，對刀具表面進行侵蝕，去除刀具表面Co；

S115，采用去離子水超聲波清洗10～15min去除殘留酸液。

上述的方法，其中，所述步驟S114中，所述混合酸為濃硝酸、濃鹽酸和去離子水體積比為1∶1∶1的混合酸溶液。

上述的方法，其中，在所述步驟S200中，又包括步驟：

S210，對所述化學氣相沉積真空室抽真空至2～5×10^-1Pa，然后向真空室通入Ar氣；

S220，在真空室壓力為2～5Pa時開啟旋轉支架和射頻電源，在射頻功率為100～300W時產生的大量氬離子對工件表面進行轟擊、清洗10～15min。

上述的方法，其中，所述步驟S300中，又包括步驟：