[發明專利]金剛石涂層的制備方法及金剛石涂層刀片

有效

• 申請號: 201611233975.4
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106591799B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 趙亞晴
• 申請（專利權）人: 富耐克超硬材料股份有限公司
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/02;C23C28/00
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 黃軍委

本發明提供了一種金剛石涂層的制備方法，包括以下步驟：先對硬質合金基體進行堿洗處理，然后用水清洗并干燥，得到干凈硬質合金基體；將所述干凈硬質合金基體放入質量分數為10%～20%的硫酸銅溶液中處理5～30 min，制得含銅過渡層的硬質合金基體；將所述含銅過渡層的硬質合金基體置于納米金剛石有機懸浮液中超聲清洗，得到硬質合金前處理體；采用化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體的表面形成金剛石涂層。本發明還提供一種金剛石涂層刀片，其包括采用上述方法制得的銅過渡層和金剛石涂層，由上述方法制備的金剛石涂層與所述硬質合金基體具有較強的結合力，從而使得所述金剛石涂層刀片具有較高的精度和較長的使用壽命。

技術領域

本發明涉及超硬材料領域，具體地，涉及一種金剛石涂層的制備方法及金剛石涂層刀片。

背景技術

金剛石涂層具有接近天然金剛石的硬度、高彈性模量、極高熱導率及化學穩定性等優異性能，從而使其在加工鋁合金、陶瓷、碳纖維、石墨等非鐵材料領域具有廣闊的應用前景。硬質合金與金剛石涂層結合，使刀具既表現出金剛石高的硬度和耐磨性，也表現出硬質合金本身良好的抗沖擊性和強韌性，加之低制造成本，應用于超精密加工領域，是一種理想的刀具材料。

但是由于硬質合金中粘結相金屬鈷的催化作用，以及硬質合金與金剛石之間的物理性能的差異，加工過程中金剛石涂層刀片會存在涂層脫落的現象。因此在金剛石涂層前要對基體進行脫鈷處理，降低基底表面鈷含量。其中酸堿兩步法應用最為廣泛，但是經過兩步法預處理之后，雖然基體表面的粘結相被去除，然而在隨后金剛石的沉積過程中，基體內部深層的鈷相會不斷向沉積界面擴散，并對金剛石形成不良催化作用。此外，酸的腐蝕性較強，溶液配制具有一定的危險性，并且酸腐蝕時間較短通常容易處理不當造成硬質合金基底浪費。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種金剛石涂層的制備方法及一種利用上述制備方法制備的金剛石涂層刀片，以解決上述問題。

具體地，本發明采取如下技術方案：

一種金剛石涂層的制備方法，包括以下步驟：

堿洗 將硬質合金基體置于鐵氰化鉀、氫氧化鉀的混合溶液進行堿洗處理，然后用水清洗并干燥，得到干凈硬質合金基體；

銅過渡層制備 將所述干凈硬質合金基體放入質量分數為10%～20%的硫酸銅溶液中處理5～30 min，然后用水清洗并干燥，得到含銅過渡層的硬質合金基體；

超聲清洗 將所述含銅過渡層的硬質合金基體置于納米金剛石有機懸浮液中超聲清洗10～30 min，取出、干燥，得到硬質合金前處理體；

沉積金剛石 采用化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體的表面形成金剛石涂層。

基于上述，在所述堿洗的步驟中，所述鐵氰化鉀、氫氧化鉀的混合溶液中鐵氰化鉀的質量分數為5%～15%，氫氧化鉀的質量分數為10%～25%。

基于上述，所述超聲清洗的步驟包括：將平均粒徑為20～80 nm的金剛石顆粒加入有機溶劑中，超聲混合均勻，制得質量分數為0.1%～0.5%的所述納米金剛石有機懸浮液；其中，所述有機溶劑為甲醇、乙醇或體積分數為30%叔丁醇溶液。

基于上述，所述沉積金剛石的步驟包括：在壓力為1～3 kPa，溫度為1000～1500℃的條件下，以H₂、CH₄為反應氣體源，采用熱絲化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體的表面反應6～8 h，形成所述金剛石涂層。

一種金剛石涂層刀片，包括硬質合金基底刀體和依次設置于所述硬質合金基底刀體表面的銅過渡層和金剛石涂層；所述銅過渡層的厚度為2～4 μm；所述金剛石涂層的厚度為9～12 μm。

基于上述，所述銅過渡層和所述金剛石涂層是通過上述的金剛石涂層的制備方法制備的。