[發(fā)明專利]硬質(zhì)合金刀具及其鍍膜方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310407881.4
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN104419927B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 晏雙利
• 申請（專利權(quán)）人: 晏雙利
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C14/16;C23C16/27;B32B15/04;B32B9/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金刀具，尤其是涉及一種表面涂層金剛石膜的硬質(zhì)合金刀具以及增強硬質(zhì)合金刀具性能的鍍膜方法。

背景技術(shù)

本發(fā)明是把物理氣相沉積（PVD）多弧離子鍍技術(shù)和化學氣相沉積（CVD）金剛石制備技術(shù)結(jié)合在一起的一種新技術(shù)，可簡稱為PCVD復合涂層技術(shù)。物理氣相沉積多弧離子鍍技術(shù)是一種設(shè)有1個或多個可同時蒸發(fā)離化難熔金屬材料的鍍膜技術(shù)，具有鍍膜速度快，膜層組織致密，附著力好，均勻性好的特點。熱絲化學氣相沉積金剛石技術(shù)是利用熱絲（鎢絲或鉭絲）產(chǎn)生的高溫（2200℃左右），將CH₄H₂混合氣體激發(fā)，得到大量反應粒子，這些粒子經(jīng)吸附、脫附等過程而進入氣相形成等離子體，經(jīng)過一系列復雜的化學反應到達基臺表面，在適宜條件下形成了金剛石膜。具有技術(shù)成熟，設(shè)備操作簡單，生產(chǎn)成本低，膜層質(zhì)量好的特點。

因為YG系列或YT系列硬質(zhì)合金一般含有6－8％的鈷，用化學氣相沉積方法在這類刀具上進行金剛石涂層時,因為鈷的析出導致成膜困難或膜層結(jié)合力很差。要解決這一難題，主要措施是去除硬質(zhì)合金材料中的鈷。現(xiàn)在去除鈷的方法一般是化學法，即用酸脫鈷，因為此法破壞了硬質(zhì)合金的基體成分，刀具基體受到很大損傷，降低了刀體的強度，即使能夠涂層金剛石，意義也不是很大，因此未能推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具以及該金剛石涂層的制備方法，能夠大幅度提高刀具的耐磨性，加工效率和使用壽命。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出如下技術(shù)方案：

一種硬質(zhì)合金刀具，所述硬質(zhì)合金刀具的表面鍍有TiC-Ti-Cr-CrC過渡層，在TiC-Ti-Cr-CrC過渡層上鍍有金剛石涂層。

所述TiC-Ti-Cr-CrC過渡層厚度為2-3um，且最后一層CrC厚度為0.2-0.3um，保護Cr涂層在空氣中不被氧化，保證在化學氣相沉積設(shè)備中鍍制金剛石涂層時易被活化。

本發(fā)明還提出一種硬質(zhì)合金刀具鍍膜方法，所述方法包括如下步驟：

1）先在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制TiC-Ti-Cr-CrC過渡層，作為鍍制金剛石涂層的過渡層；

2）上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后，放入化學氣相沉積金剛石生長設(shè)備中進行金剛石涂層。

在所述步驟1)中，所述TiC-Ti-Cr-CrC過渡層具體鍍制方法如下：

1.1)?Ti、Cr靶材的制備：Ti采用高純海綿鈦(純度99.99％)，Cr選用高純鉻（純度99.99％），加工成直徑120MM，長200MM的柱形靶。

1.2)?碳源準備：采用40L瓶裝高純甲烷，純度5N（99.999%），作為碳源。

1.3)用物理氣相沉積方法制備：把經(jīng)超聲波清洗的并經(jīng)干燥脫水的硬質(zhì)合金刀具放入物理氣相沉積設(shè)備的真空室，抽真空達到1×10^－1Pa時，開啟電弧源，進行離子轟擊，清洗硬質(zhì)合金刀具表面2－3分鐘，轟擊偏壓從400V降至250V，鈦靶和鉻靶的弧電源保持在60A，先打開鈦靶電源，同時打開甲烷進氣流量計，流量為150SDDM,鍍膜時間10－15分鐘;然后關(guān)閉甲烷流量計，繼續(xù)開動鈦靶弧電源5分鐘，然后關(guān)閉鈦靶弧電源，同時開動鉻靶弧電源，10分鐘后開動甲烷流量計，流量100SDDM，5分鐘后關(guān)閉流量計和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1.5小時后取出樣品；這樣，在硬質(zhì)合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2-3um的TiC-Ti-Cr-CrC過渡層。

在所述步驟2)中，所述金剛石涂層的具體步驟包括：

2.1）把鍍有TiC-Ti-Cr-CrC過渡層的硬質(zhì)合金刀具放入化學氣相沉積金剛石生長設(shè)備的真空室，使刀具頂端距離電阻絲3mm-4mm；

2.2）打開冷卻水系統(tǒng)，先抽真空到10托，然后打開熱絲電源，緩慢加電流，電流達到600A時，打開氫氣質(zhì)量流量計，流量為900-1000SDDM；

2.3）3分鐘后打開甲烷質(zhì)量流量計，流量為150-200SDDM，2小時后減小電流，關(guān)閉甲烷流量計，20分鐘后電流為零，此時關(guān)閉氫氣流量計，保持冷卻系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)；

2.4）1-1.5小時后關(guān)閉冷卻系統(tǒng)，打開真空室門，取出刀具，如此在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制一層厚度為15-20um的金剛石膜。