[發明專利]一種金剛石/CBN復合涂層硬質合金刀具、制備方法及裝置

有效

• 申請號: 201910209114.X
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109825821B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 魏秋平;馬莉;周科朝;余志明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C23C16/517
• 分類號: C23C16/517;C23C16/02;C23C16/27;C23C16/34
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 顏勇

1.一種金剛石/cBN復合涂層硬質合金刀具，其特征在于，所述的金剛石/cBN復合涂層硬質合金刀具是在硬質合金刀具表面設有金剛石/cBN涂層復合涂層，所述金剛石/cBN復合涂層由基層與表層構成，所述基層由納米晶金剛石、微米晶金剛石交替設置構成，表層為立方氮化硼涂層；制備方法，包括下述步驟：

第一步：除油脫脂、化學微刻蝕

對硬質合金刀具坯料采用超聲堿洗除去表面的油并微刻蝕刀具表面的碳化鎢后，超聲純水漂洗除雜，隨后，超聲酸洗除銹并微刻蝕刀具表面的鈷后，超聲去離子水清洗凈化、烘干；

超聲堿洗選用的堿性洗液選自包含但不限于鐵氰化鉀、氫氧化鉀、氫氧化鈉中的任何一種可用于刻蝕碳化鎢的濃液；堿性洗液的質量百分濃度為50～100%；

超聲酸洗選用的酸性洗液為選自包含但不限于硫酸、硝酸、鹽酸、雙氧水中的任何一種可用于刻蝕鈷的濃液；酸性洗液的質量百分濃度為10～40%；

堿洗時間為5～25min，酸洗時間為5s～5min；超聲波的功率為10～80W Kw；

第二步：等離子活化及等離子增強氣態硼化

將爐內抽真空后，將工件加熱至300℃～1000℃，通入惰性氣體或還原性氣體，采用等離子來活化惰性氣體或還原性氣體，并對工件施加偏壓加強等離子體轟擊工件表面，從而活化工件表面；工件保溫溫度300℃～1000℃，等離子體功率100～1000，將工件置于偏壓電極之間，偏壓大小控制在10-60V，惰性氣體或還原性氣體流量控制在10～1000sccm，爐內壓力控制在0.01～10Pa，保溫時間為30min～2h后；將爐內溫度提升100℃～300℃；等離子體功率為100～500W，偏壓大小控制在-10～-80V，向爐內通入硼源，對工件表面進行等離子增強氣態硼化，硼源氣體流量控制在5～200sccm，控制爐內壓力在3～80kPa，保溫1h～10h；

產生等離子的電源包括直流源、脈沖源、中頻源、射頻源中的一種；

第四步：等離子清洗

等離子增強氣態硼化結束后，撤除硼源，向爐內通入惰性氣體或還原性氣體，控制爐內溫度300℃～1000℃；等離子體功率為100～500W，氣體流量控制在10～1000sccm，控制爐內壓力在0.01～10Pa，保溫30min～2h；

第五步：金剛石泥漿超聲研磨、種植納米、微米金剛石籽晶

將等離子清洗后的硬質合金刀具坯料置于金剛石泥漿中超聲研磨，在刀具坯料表面種植納米、微米金剛石籽晶；微米晶金剛石尺寸為0.5～200μm，納米晶金剛石尺寸為1～500nm，微米晶金剛石與納米晶金剛石的質量比為1： 0.5～5，金剛石泥漿中金剛石質量分數為0.005～0.05wt%，處理時間為20～40min，超聲波功率為30～70W；

第六步：沉積金剛石/cBN復合涂層

采用化學氣相沉積技術在預處理后的硬質合金表面先沉積一層摻硼微米晶金剛石，再交替沉積納米晶金剛石、微米晶金剛石，最后沉積立方氮化硼涂層而成的多層復合涂層；

微米金剛石沉積工藝：

所述微米晶的沉積工藝如下： 含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比的0.5%～15%，其余為氫氣，工件表面溫度控制在650～900℃，生長氣壓控制在2～10kpa；

納米金剛石層沉積工藝：

所述納米晶沉積工藝如下：含碳氣體占爐內全部氣體質量流量百分比的0.5%～15%，氬氣占爐內全部氣體質量流量百分比的20～99%，其余為氫氣，工件表面溫度控制在500～700℃，生長氣壓控制在1～3kpa；

摻硼微米晶金剛石沉積工藝參數

在微米晶金剛石沉積工藝中，輸入占爐內全部氣體總體積500～20000ppm的硼源；硼源選自辛硼烷、乙硼烷、三甲基硼中的一種或多種；

沉積立方氮化硼涂層工藝參數為：

含硼氣體總比例控制在1～10%，氮氣比例控制在3～30%，氫氣比例控制在1～10%，其余為惰性或還原氣體；含硼氣體包括硼烷、溴化硼、氯化硼、三甲基硼但不限于上述的一種或多種，惰性或還原氣體包括氬氣、氦氣但不限于上述的一種或者多種；沉積氣壓控制在10～500Pa，熱絲溫度控制在1800～2600℃，基體溫度控制在600～1100℃，熱絲與基體距離控制在4～30mm，射頻功率控制在50～500W，偏壓控制在-5V～ -80V。