[發明專利]一種納米金剛石涂層硬質合金材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910838040.6
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110387534A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 孫浩斌;張華;姚海濱;司守佶;李昌業;劉欣;付道龍;李曉艷;常江;王煥濤
• 申請（專利權）人: 蓬萊市超硬復合材料有限公司
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/455;C23C16/50
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 任娜娜

本發明公開了一種納米金剛石涂層硬質合金材料的制備方法，采用化學氣相沉積法在上述硬質合金基體前處理體表面沉積納米金剛石層，制得納米金剛石涂層，具體工藝為：在壓力為2～15kPa，溫度為600℃～2500℃條件下，以H₂、CH₄或H₂、C₂H₆和Ar為反應氣體源在硬質合金基體前處理體上反應5～10小時形成納米金剛石涂層，其中，CH₄和C₂H₆氣體體積分別占總反應氣體源體積的1％～5％；所述納米金剛石涂層中的納米金剛石顆粒的平均粒徑小于100nm；所述納米金剛石厚度達到6μm以上。本發明通過改變沉積氣體壓力、氣體種類和含量、沉積溫度來調控金剛石涂層晶粒大小，通過金剛石涂層晶粒納米化，實現金剛石涂層韌性和金剛石涂層與硬質合金基體結合性的提升，得到高結合強度。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，主要是涉及一種納米金剛石涂層硬質合金材料的制備方法。

背景技術

硬質合金材料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，金剛石涂層硬質合金工具不僅具有金剛石硬度高、摩擦系數低的特點，而且兼備了硬質合金韌性好、成本低、形狀適應性強的特點，可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。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種通過金剛石涂層晶粒納米化，實現金剛石涂層韌性和金剛石涂層與機體結合性提升的納米金剛石涂層硬質合金材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種納米金剛石涂層硬質合金材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)硬質合金基體前處理：將硬質合金基體置于納米金剛石懸浮液中進行超聲清洗30～60min，經干燥處理后獲得硬質合金基體前處理體；

(2)沉積納米金剛石涂層：采用化學氣相沉積法在上述硬質合金基體前處理體表面沉積納米金剛石層，制得納米金剛石涂層，具體工藝為：在壓力為2～15kPa，溫度為600℃～2500℃條件下，以H₂、CH₄或H₂、C₂H₆和Ar為反應氣體源在硬質合金基體前處理體上反應5～10小時形成納米金剛石涂層，其中，CH₄和C₂H₆氣體體積分別占總反應氣體源體積的1％～5％；所述納米金剛石涂層中的納米金剛石顆粒的平均粒徑小于100nm；所述納米金剛石厚度達到6μm以上。

混合氣體中氫、碳、氬各元素的比例范圍為100∶1～5∶0.5～1。

所述化學氣相沉積法為熱絲化學氣相沉積法或微波等離子體化學氣相沉積法。

所述納米金剛石涂層的表面粗糙度為50～100nm。