[發(fā)明專利]含鈷硬質(zhì)合金表面制備金剛石涂層的方法及具有金剛石涂層的工模具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010014422.X
• 申請(qǐng)日: 2020-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN111041448B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李偉秋;顏炳姜;彭繼華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 匯專科技集團(tuán)股份有限公司;華南理工大學(xué);科益展智能裝備有限公司廣州分公司
• 主分類號(hào): C23C16/27
• 分類號(hào): C23C16/27;C23C16/02;C23C14/32;C23C14/06;C23C14/35
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本發(fā)明涉及一種含鈷硬質(zhì)合金表面制備金剛石涂層的方法及具有金剛石涂層的工模具，對(duì)樣品表面進(jìn)行噴砂、潔凈處理，為超聲研磨植晶階段中金剛石微粒的高密度、均勻化以及生長(zhǎng)的金剛石涂層的機(jī)械鉚合“鑲嵌”效應(yīng)提供理想的基礎(chǔ)，提高了植晶均勻性和“鑲嵌”效應(yīng)，選擇高鋁含量的三元氮化物涂層作為插入層，插入層高溫穩(wěn)定、不會(huì)與周圍介質(zhì)反應(yīng)、對(duì)鈷的固溶度幾乎為零，插入層的熱膨脹系數(shù)介于金剛石涂層和硬質(zhì)合金基體之間，可有效地抑制硬質(zhì)合金基體中的鈷元素向外擴(kuò)散，提高金剛石涂層形核的界面強(qiáng)度和金剛石涂層的質(zhì)量，以有效提高金剛石涂層的膜基結(jié)合力及金剛石涂層自身的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含鈷硬質(zhì)合金表面制備金剛石涂層的方法及具有金剛石涂層的工模具。

背景技術(shù)

隨著先進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展，有色金屬及合金、復(fù)合材料、石墨以及陶瓷等新材料被廣泛應(yīng)用，因此對(duì)硬質(zhì)合金工模具的要求越來越高，硬質(zhì)合金工模具表面涂敷金剛石涂層已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。但是金剛石涂層同硬質(zhì)合金間的膜基結(jié)合力弱，導(dǎo)致使用過程中金剛石涂層易于剝落，從而難以發(fā)揮金剛石涂層的優(yōu)異性能，這成為了行業(yè)內(nèi)的共性技術(shù)難點(diǎn)。

針對(duì)鈷粘結(jié)的含鈷硬質(zhì)合金，影響膜基結(jié)合力和金剛石涂層質(zhì)量的關(guān)鍵在于有效控制鈷在金剛石沉積過程中的擴(kuò)散。目前，解決高溫下鈷擴(kuò)散的方式，包括酸堿浸蝕兩步法去除表面鈷、將表面鈷轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷胤€(wěn)定相以及在沉積金剛石涂層前在硬質(zhì)合金表面插入中間層等。插入的中間層主要為難熔金屬單質(zhì)，Ti、Cr、Zr、W、Mo、Nb、Ta、V、Hf等的二元碳化物或氮化物及其混合結(jié)構(gòu),也包括Al₂O₃，SiC，SiO₂，Si₃N₄化合物等。

在沉積金剛石涂層前在硬質(zhì)合金表面插入中間層的方法雖然在一定程度上有助于提高金剛石的結(jié)合力，但在使用過程中金剛石涂層過早剝落的現(xiàn)象依然十分突出。經(jīng)過對(duì)難熔金屬單質(zhì)、二元碳化物或氮化物插入中間層對(duì)金剛石的植晶、形核、生長(zhǎng)階段組織結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了較系統(tǒng)的深入研究，發(fā)現(xiàn)金剛石形核、生長(zhǎng)過程中界面處的二元/三元化合物分解、界面反應(yīng)、過渡層同基體及金剛石間的熱膨脹差異導(dǎo)致界面缺陷產(chǎn)生，從而為硬質(zhì)合金中鈷向金剛石生長(zhǎng)界面擴(kuò)散提供了快速通道。這嚴(yán)重影響了金剛石涂層的膜基結(jié)合強(qiáng)度及金剛石涂層自身的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種可以有效提高金剛石涂層的膜基結(jié)合力及金剛石涂層自身的質(zhì)量的含鈷硬質(zhì)合金表面制備金剛石涂層的方法及具有金剛石涂層的工模具。

一種含鈷硬質(zhì)合金表面制備金剛石涂層的方法，包括以下步驟：

對(duì)硬質(zhì)合金樣品的表面進(jìn)行噴砂處理；

對(duì)經(jīng)過噴砂處理后的硬質(zhì)合金樣品的表面進(jìn)行潔凈處理；

采用物理氣相沉積方法在潔凈處理后的硬質(zhì)合金樣品的表面沉積高鋁含量的三元氮化物涂層作為插入層；

將沉積有插入層的硬質(zhì)合金樣品置于含金剛石粉體的懸浮液中超聲研磨植晶；

采用熱絲化學(xué)氣相沉積法在植晶處理后的硬質(zhì)合金樣品表面制備金剛石涂層，插入層的熱膨脹系數(shù)介于金剛石涂層與硬質(zhì)合金之間。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟對(duì)硬質(zhì)合金樣品的表面進(jìn)行噴砂處理前還包括：

對(duì)硬質(zhì)合金樣品的表面進(jìn)行拋光處理。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟對(duì)硬質(zhì)合金樣品的表面進(jìn)行噴砂處理具體包括：

依次對(duì)硬質(zhì)合金樣品的表面實(shí)施干噴砂和濕噴砂，以獲得表面粗糙度Ra為0.3μm-0.4μm。