[發明專利]金剛石涂層刀具的制備方法

在審

• 申請號: 201610215512.9
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN107267984A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 徐銀超;王社權;陳響明;溫光華;李園園
• 申請（專利權）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C14/16;C23C14/06;C23C16/27;C23C14/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪,黃麗

技術領域

本發明屬于硬質合金金剛石涂層刀具的制備領域，涉及一種金剛石涂層刀具的制備方法，特別涉及一種采用酸堿腐蝕預處理工藝和過渡層以提高金剛石涂層與硬質合金基體結合強度的金剛石涂層刀具的制備方法。

背景技術

金剛石具有較高的硬度，采用熱絲化學氣相沉積法（HFCVD）制備的金剛石涂層，可以在復雜形狀硬質合金刀具基體上沉積，形成的金剛石涂層硬質合金刀具在加工石墨、纖維增強復合材料和AlSi合金等材料方面具有較高的壽命，是普通硬質合金刀具壽命的10倍以上，具有較高的性價比和市場前景。

金剛石涂層與硬質合金基體的結合有兩點需要克服。第一，金剛石涂層與硬質合金基體之間的熱膨脹系數差別較大，它們的熱膨脹系數分別是1×10^-6 K^-1和5.4×10^-6 K^-1，在沉積冷卻過程中會導致金剛石涂層與基體之間因冷卻速率不同而產生分層，降低金剛石涂層與基體之間的結合強度；第二，硬質合金基體中Co相的存在也是降低金剛石涂層與基體結合強度的一個關鍵因素，它會推遲并阻礙金剛石涂層的形核和生長，易于在金剛石涂層與基體之間形成石墨相，降低結合強度。

為了解決以上問題，研究工作者提出了許多處理方法，在一定程度上降低了Co的含量，提高了結合強度。如：化學處理、熱處理、硬質合金表面滲硼處理、離子注入的方法以及添加過渡層等，但是當前的方法還存在一定的不足。化學處理雖然能夠去除刀具表面粘結鈷相，但是硬質合金基體表面通常形成10-40μm厚的無鈷層，無鈷層厚度增加，會降低刀具的抗彎強度，引起刀具崩刃。申請號為CN201019026125.0的中國專利文獻《SiC 先驅體法制備金剛石涂層的方法》中使用的SiC過渡層厚度達到5-50μm，不適用于刀具行業。申請號為CN201310355819.5的中國專利文獻《一種金剛石涂層刀具的制備方法及該方法所得金剛石涂層刀具在印刷線路板制備中的應用》中提到采用溶膠凝膠法制備厚度為0.5-5μm的二氧化硅膜和對二氧化硅膜進行還原獲得硅/碳化硅過渡層，但此方法制備的過渡層需要較長時間，達到120-160h，不利于工業化生產和實際應用。

因此，尋求一種能夠有效提高金剛石涂層與硬質合金基體之間的結合力并抑制Co元素向表層擴散、同時保持刀具刃口強度的金剛石涂層刀具的制備方法成為當務之急。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種適用于工業生產、能提高金剛石涂層與硬質合金基體之間的結合力、有效抑制Co元素向表層擴散、且能夠保持刀具刃口強度的金剛石涂層刀具的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種金剛石涂層刀具的制備方法，包括以下步驟：

（1）刀具基體腐蝕：對刀具基體進行腐蝕處理，使刀具基體表面形成Co空層；

（2）Cr/CrN過渡層沉積：在步驟（1）得到的刀具基體表面先后沉積Cr涂層和CrN涂層，形成Cr/CrN過渡層；

（3）金剛石涂層沉積：在步驟（2）得到的刀具基體表面沉積金剛石涂層，得到金剛石涂層刀具。

上述的金剛石涂層刀具的制備方法中，優選的，所述步驟（1）中，所述Co空層的厚度為1μm～4μm。

上述的金剛石涂層刀具的制備方法中，優選的，所述步驟（1）中，所述腐蝕處理為先進行堿腐蝕，然后進行酸腐蝕。更優選的，所述堿腐蝕的時間為5min～20min；所述酸腐蝕的時間為5min～30min。

上述的金剛石涂層刀具的制備方法中，優選的，所述堿腐蝕中采用的堿溶液為K₃[Fe(CN)₆]、KOH和H₂O的混合溶液，所述K₃[Fe(CN)₆]、KOH、H₂O的質量比為1∶1∶5～50；所述酸腐蝕中采用的酸溶液為HNO₃、H₂SO₄、HCl、H₃PO₄和H₂O₂中的一種或幾種與水的混合溶液，所述酸溶液中水的體積分數為80%～99.5%。

上述的金剛石涂層刀具的制備方法中，優選的，所述步驟（2）中，所述Cr/CrN過渡層的厚度為0.2μm～1μm；所述Cr/CrN過渡層中CrN涂層具有（200）晶面擇優取向。