[發明專利]金剛石復合涂層、具有該復合涂層的梯度超細硬質合金刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 201610083495.8
• 申請日: 2016-02-11
• 公開（公告）號: CN105671551B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 伍尚華;陳健;鄧欣;劉偉;劉汝德;陳少華
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C14/16;C23C16/27;B23B27/14
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 趙蕊紅

技術領域

本發明涉及硬質合金刀具技術領域，特別是涉及一種金剛石復合涂層、具有該復合涂層的梯度超細硬質合金刀具及其制備方法。

背景技術

硬質合金刀具在加工過程中承受極大的機械負荷和熱負荷，極易產生磨損，從而影響其使用壽命，因此，對刀具材料進行表面改性，提高其表面性能，這對提高刀具材料的使用壽命具有重要的意義。

在硬質合金表面涂上薄層的TiN、TiN、TiCN或Al₂O₃等高硬度耐磨材料，可提高刀具的耐磨性同時保持基體良好的韌性，可顯著改善刀具材料的工作性能和使用壽命。然而涂層基本上為硬脆材料，并且和硬質合金基體材料熱膨脹系數不同，在涂層與基體之間的界面存在應力集中現象，通常裂紋容易在涂層表面產生并向合金內部擴散導致的材料失效。

金剛石雖然具有高硬度、高導熱率、低摩擦系數、化學穩定性好等特點，但是由于金剛石涂層與硬質合金之間的結合力無法有效解決，限制了金剛石涂層在硬質合金刀具方面的應用。

因此，針對現有技術不足，提供一種適用于硬質合金刀具表面性能增強的金剛石復合涂層、具有該復合涂層的梯度超細硬質合金刀具及其制備方法以克服現有技術不足甚為必要。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種具有金剛石復合涂層的梯度超細硬質合金刀具及其制備方法，金剛石復合涂層與刀具基體結合性良好，刀具耐磨耐溫性好，強度高，抗沖擊性能優良。

本發明的另一目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種金剛石復合涂層及其制備方法，金剛石復合涂層與刀具基體結合性良好，具有該涂層的刀具耐磨耐溫性好，強度高，抗沖擊性能優良。

本發明的上述目的通過如下技術手段實現。

提供一種具有金剛石復合涂層的梯度超細硬質合金刀具， 由刀具基體和設置于刀具基體上的金剛石復合涂層構成；

所述刀具基體包括正常組織層、富鈷過渡層和貧鈷富立方相層，所述正常組織層、富鈷過渡層和貧鈷富立方相層按照從內而外的順序依次排列；

所述金剛石復合涂層包括用于沉積于貧鈷富立方相層表面作為過渡層的Ti-Al-Si-Cr合金層和沉積于過渡層上作為功能層的金剛石層。

上所述刀具基體中鈷的含量為5-15wt.%；

所述正常組織層為超細硬質合金，WC晶粒尺寸為1-10000nm；

所述正常組織層的厚度大于2mm，所述富鈷過渡層的厚度為20-100微米；所述貧鈷富立方相層的厚度為20-50 微米；

所述Ti-Al-Si-Cr合金層的厚度為2-3微米，所述金剛石層的厚度為15-20微米。

上述刀具基體中鈷的含量為8-12wt.%；所述正常組織層的WC晶粒尺寸為1nm-400nm；所述Ti-Al-Si-Cr合金層通過物理氣相沉積法制備，所述金剛石層通過化學氣相沉積法制備。

上述Ti-Al-Si-Cr合金層的具體制備方法如下，

（1.1）準備Ti-Al-Si-Cr合金靶材

（1.2）物理氣相沉積方法鍍膜

把經超聲波清洗的硬質合金刀具基體放入PVD設備的真空室，抽真空達到0.5×10^-1-1.5×10^-1Pa時，開啟電弧源，進行離子轟擊，清洗硬質合金刀具基體表面2-5分鐘；

然后在轟擊偏壓200-300V 、弧電源50-90A的條件下，鍍膜20-60分鐘；

然后關閉弧電源，使真空室緩慢冷卻，1-2 小時后取出樣品；此時，硬質合金刀具基體貧的鈷富立方相層表面鍍制了一層厚度為2-3微米的Ti-Al-Si-Cr合金層；

表面沉積了Ti-Al-Si-Cr合金層的硬質合金刀具基體經丙酣清洗干燥后，放入化學氣相沉積設備中制備金剛石層，制備金剛石層的具體方法如下，

（2.1)把鍍有Ti-Al-Si-Cr合金層的硬質合金刀具基體放入化學氣相沉積設備的真空室，使刀具基體距離電阻絲2mm-6mm；

（2.2)打開冷卻水系統，先抽真空到8-15托，然后打開熱絲電源，緩慢加電流，電流達到500-650A時，打開氫氣質量流量計，流量為900-1000sccm；

（2.3)3分鐘后打開甲烷質量流量計，流量為100-300sccm，1.5-3小時后減小電流，關閉甲烷流量計，15-30分鐘后電流為零，此時關閉氫氣流量計，保持冷卻系統正常運轉；