[發明專利]一種金剛石涂層刀片及其制備方法

有效

• 申請號: 201711450281.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108103468B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 雷君;許立;王聚云
• 申請（專利權）人: 富耐克超硬材料股份有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C16/02;C23C16/27;C23C28/00
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 王莉

本發明提供一種金剛石涂層刀片的制備方法，其包括以下步驟：采用磁控濺射法依次在硬質合金基體表面依次沉積氮化鉻層和碳化鈮層，得到含過渡層的硬質合金；將所述含過渡層的硬質合金置于金剛石懸浮液超聲處理，得到種晶后的硬質合金；采用化學氣相沉積法在所述種晶后的硬質合金基體表面沉積金剛石涂層，得到金剛石涂層刀片。該方法可以有效提高金剛石涂層和硬質合金的結合強度。同時，本發明還提供由該方法制得的金剛石涂層刀片，它具有耐沖擊性能好、使用壽命長的優點。

技術領域

本發明屬于涂層刀片領域，具體地，涉及一種金剛石涂層刀片及其制備方法。

背景技術

金剛石涂層工具可廣泛應用于加工有色金屬、非金屬、復合材料、石墨等，金剛石涂層工具制造設備投資小，性價比高，極富市場競爭力，具有廣闊的發展前景。與硬質合金刀片相比，具有壽命長、加工精度高、加工速度快、可干式切削從而減少環境污染等優點。與聚晶金剛石刀片相比，則具有刀片形狀可復雜，成本低，一片多刀刃等優點。目前廣泛應用的金剛石涂層沉積方法是化學氣相沉積法，刀片基體大多選用硬質合金，就硬質合金金剛石涂層刀片而言，大量研究表明，由于金剛石涂層與硬質合金基體在熱膨脹系數方面存在較大的差異，且金剛石沉積過程中，在高溫驅動下硬質合金粘結相中的鈷原子會不斷地從基體內部擴散至表面，這些鈷原子在金剛石涂層生長過程中溶解碳或促進石墨形成，界面處石墨的存在會抑制金剛石相的生長，從而大大削弱金剛石涂層與刀片基體結合強度，進一步降低涂層刀片的切削性能和壽命。

目前常見的解決途徑是酸堿兩步法，酸堿兩步法雖可有效去除硬質合金基體表面的粘結相鈷，但會使刀片基體表面產生很多孔隙，降低了金剛石涂層刀片的力學強度，且硬質合金基體內部的鈷原子在金剛石沉積過程中會繼續向表面擴散，對基體界面上金剛石涂層生長的負面影響。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種金剛石涂層刀片及其制備方法，以解決上述問題。

具體地，本發明采取如下技術方案：

一種金剛石涂層刀片的制備方法，其包括以下步驟：

沉積過渡層 采用磁控濺射法依次在硬質合金基體表面依次沉積氮化鉻層和碳化鈮層，得到含過渡層的硬質合金；

種晶 將所述含過渡層的硬質合金置于金剛石懸浮液超聲處理，在所述硬質合金表面形成金剛石晶種，得到種晶后的硬質合金；

沉積金剛石涂層 采用化學氣相沉積法在所述種晶后的硬質合金基體表面沉積金剛石涂層，得到金剛石涂層刀片。

基于上述，所述沉積過渡層的步驟包括：先以鉻為靶材、氮氣為反應氣體，在功率為150～300 W，脈沖頻率80～120 kHz所述硬質合金基體的溫度為400～700℃條件下，在所述硬質合金基體表面沉積所述氮化鉻層；再在以碳化鈮為靶材繼續沉積碳化鈮層，得到所述含過渡層的硬質合金。

優選的，所述氮化鉻層的沉積速度為11～18 μm/h，所述碳化鈮層的沉積速度為3μm/h。

基于上述，所述氮化鉻層的厚度為0.6～1.2 μm。

基于上述，所述碳化鈮層的厚度為0.6～1.2 μm。

基于上述，所述種晶的步驟包括：將所述含過渡層的硬質合金置于所述金剛石懸浮液中超聲20～50 min，在所述硬質合金表面形成金剛石晶種，然后干燥，得到所述種晶后的硬質合金。

基于上述，所述金剛石懸浮液的制備步驟包括：將粒徑為20～80 nm的金剛石顆粒分散于醇溶液中，得到所述金剛石懸浮液。

基于上述，所述沉積金剛石涂層的步驟包括：在壓力為1～3 kPa，溫度為900～1200℃的條件下，以氫氣、甲烷為反應氣體源，采用熱絲化學沉積法在所述種晶后的硬質合金基體表面沉積金剛石涂層6～20 h，得到所述金剛石涂層刀片。