[實用新型]一種具有金剛石薄膜的硬質合金

有效

• 申請號: 201721788799.0
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN207646283U
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 唐永炳;李星星;黃磊;王陶;楊揚
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/02;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本實用新型提供了一種具有金剛石薄膜的硬質合金，包括硬質合金基體以及沉積在所述硬質合金基體表面的金剛石薄膜，所述金剛石薄膜中摻雜有稀土金屬氧化物和稀土金屬單質。稀土金屬氧化物和稀土金屬單質提高了金剛石形核密度，從而增加了金剛石薄膜與硬質合金基體的結合力，同時提高金剛石薄膜的光滑度，降低了金剛石薄膜表面的摩擦系數，擴大了硬質合金的使用范圍，并提高了硬質合金的使用壽命。

技術領域

本實用新型涉及金剛石薄膜技術領域，特別是涉及一種具有金剛石薄膜的硬質合金。

背景技術

硬質合金具有硬度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，被廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。為了進一步提高硬質合金的耐磨性以及延長使用壽命，利用物理氣相沉積或者化學氣相沉積在硬質合金表面沉積金剛石薄膜。然而，金剛石薄膜與硬質合金的熱膨脹系數相差較大，導致金剛石薄膜與硬質合金的結合力差。除此之外，用于切削工藝中的硬質合金刀具需要保證切削后的表面平整光潔，這就要使得沉積在硬質合金上的金剛石薄膜具有極高的平整度或光滑度，即需要金剛石薄膜的摩擦系數低。

目前，已經許多研究報道提高金剛石薄膜與硬質合金間的結合力以及降低金剛石薄膜的摩擦系數，例如化學多步浸蝕法、金剛石微粉鑲嵌、荷能離子轟擊、等離子體刻蝕、氧化處理、碳氮共滲、滲硼、鈷的化學替代和鈍化、激光輻照、水射流、制備中間過渡層等。然而，目前采用的方法中使用的研磨、腐蝕、刻蝕、氧化等預處理方法都會破壞硬質合金襯底光滑平整的表面，并產生大量的表面缺陷，難以保證金剛石薄膜表面的平整度；同時，滲硼、滲氮等方法無法防止沉積過程中鈷向表面擴散，從而影響表面的平整度以及金剛石薄膜的成核密度；此外，制備中間層的方法對于基體與中間層的晶格相稱性和熱力學匹配性要求嚴格，控制環節多，過程復雜，對設備條件要求較高，不易于實現產業化。因此，如何在提高金剛石薄膜與硬質合金間的結合力，同時又降低金剛石薄膜的摩擦系數是亟需解決的問題。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供了一種具有金剛石薄膜的硬質合金，包括硬質合金基體以及沉積在所述硬質合金基體表面的金剛石薄膜，所述金剛石薄膜中摻雜有稀土金屬氧化物和稀土金屬單質，從而使得金剛石薄膜與硬質合金基體間的結合力增加，同時降低了金剛石薄膜表面的摩擦系數，擴大了硬質合金的使用范圍，并提高了硬質合金的使用壽命。

第一方面，本實用新型提供了一種具有金剛石薄膜的硬質合金，包括硬質合金基體以及沉積在所述硬質合金基體表面的金剛石薄膜，所述金剛石薄膜中摻雜有稀土金屬氧化物和稀土金屬單質。

可選的，所述稀土金屬氧化物中的稀土金屬元素包括釔、鈰、鑭中的一種或多種，所述稀土金屬單質包括釔、鈰、鑭中的一種或多種。進一步可選的，所述稀土金屬氧化物和稀土金屬單質中的稀土金屬為同一種稀土金屬。

可選的，所述金剛石薄膜中稀土金屬元素的質量含量為0.5％-3.0％。進一步可選的，所述金剛石薄膜中稀土金屬元素的質量含量為0.8％-2.5％。更進一步可選的，所述金剛石薄膜中稀土金屬元素的質量含量為1.3％-2.1％。所述稀土金屬元素的質量含量包含了所述稀土金屬氧化物中的稀土金屬元素含量和所述稀土金屬單質中的稀土金屬元素含量。

可選的，所述金剛石薄膜的厚度為4μm-8μm。進一步可選的，所述金剛石薄膜的厚度為5μm-7μm。具體的，所述金剛石薄膜的厚度可以但不限定為5μm、5.7μm、6.2μm、6.5μm、7μm，所述金剛石薄膜的厚度根據所述硬質合金基體的具體用途進行設定。