[發明專利]一種具有金剛石涂層的硬質合金件及其制備方法

有效

• 申請號: 201710147177.8
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN107034467B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 唐永炳;谷繼騰;楊揚
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C16/27;C23C14/02;C23C14/16;C23C14/58;C23C14/35
• 代理公司: 44202 廣州三環專利商標代理有限公司
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強<國際申請>=<國際公布>

本發明提供了一種具有金剛石涂層的硬質合金件的制備方法，包括：取硬質合金基體，對其進行清洗預處理，之后置于金剛石粉懸浮液中進行植入金剛石晶種處理；在植入金剛石晶種后的基體表面進行沉積初始鎢層，使初始鎢層部分覆蓋上述植入的金剛石晶種；對帶鎢層的基體在還原氣氛下進行退火處理；最后在退火后的鎢層之上沉積金剛石涂層，得到具有金剛石涂層的硬質合金件。該方法可消除鈷對沉積金剛石薄膜層時的石墨化作用，在退火形成的Co?W?C過渡層與鎢層的共同作用下使金剛石涂層與基體之間具有較高附著力，膜基結合強度高。本發明還提供了制得的具有金剛石涂層的硬質合金件。

技術領域

本發明涉及金剛石涂層制備技術領域，具體涉及一種具有金剛石涂層的硬質合金件及其制備方法。

背景技術

硬質合金因具有超高硬度特性被制作成為刀具材料，廣泛的應用于機械器件等加工行業中。為了延長硬質合金刀具的使用壽命，通常在其表面覆蓋一層金剛石涂層，以延長刀具的使用壽命，提高加工效率和加工精度。

然而，金剛石涂層與硬質合金基體之間的附著力并不高，很難在硬質合金基體上沉積出附著性很好的金剛石薄膜，從而極大阻礙了該刀具的應用。而導致金剛石薄膜在切削刀具上的粘附性不足的主要原因有：(1)硬質合金基體中的粘結金屬鈷催化金剛石向石墨轉變；(2)金剛石膜與硬質合金基體之間的物理特性(如熱膨脹系數、彈性模量等)差異較大，并且兩者之間存在較強的殘余熱應力，造成金剛石薄膜與基體的結合力變差，產生分層。

目前，提高金剛石涂層與硬質合金基體附著力主要有兩條途徑：一是采用表面脫鈷法來粗化硬質合金表面；二是在金剛石涂層與硬質合金之間沉積合適的中間層(如CrN/Cr、NbN、Ti，Cu等)，以阻止基體中的鈷向表面擴散。

表面脫鈷法雖然在一定程度上能改善金剛石涂層與基體附著性，但基體中鈷的缺失會降低基體韌性，而且基體內部未被刻蝕掉的鈷仍會向表層擴散促進非金剛石相的形成。此外，化學侵蝕的脫鈷法會使基體表面產生大量的深坑，在后續沉積生長金剛石薄膜的過程中，這些深坑無法被填平，將會導致在后續刀具使用過程中產生微裂紋，影響薄膜與基體間的結合力。而設置中間層，仍未達到工業應用所要求的金剛石薄膜與這些中間層之間的粘附性，且較難兼顧基體、金剛石涂層、過渡層三者之間的物理特性匹配程度及涂層熱應力消除情況，中間層控制不當仍不能阻止鈷對金剛石的石墨化作用。

發明內容

鑒于此，本發明第一方面提供了一種具有金剛石涂層的硬質合金件的制備方法，可以在使金剛石涂層與硬質合金基體具有較高附著力的同時，有效阻止金屬鈷對金剛石的石墨化作用。

具體地，第一方面，本發明提供了一種具有金剛石涂層的硬質合金件的制備方法，包括以下步驟:

取硬質合金基體，對其進行清洗預處理，之后置于金剛石粉懸浮液中進行植入金剛石晶種處理；

在植入金剛石晶種后的基體表面進行沉積一初始鎢層，使所述植入的金剛石晶種部分裸露于所述初始鎢層上；

對帶有所述初始鎢層的基體在還原氣氛下進行退火處理；

在所述退火后的鎢層之上沉積金剛石涂層，得到具有金剛石涂層的硬質合金件。

本發明中，硬質合金基體可以是硬質合金刀具或其他工具(如模具)、部件等。即所述具有金剛石涂層的硬質合金件可以是刀具、模具、機械零部件等。

優選地，所述硬質合金基體為鎢鈷類硬質合金(WC-Co)或鎢鈦鈷類硬質合金(成份為碳化鎢、碳化鈦及鈷)。鈷在硬質合金中的質量含量一般為6wt.％-10wt.％。

具體地，所述清洗預處理包括依次在丙酮、乙醇中進行超聲清洗，并進行干燥。清洗預處理可以除去基體表面的污漬。

本發明中，在進行所述清洗預處理之前，還可以進行噴砂預處理。