[發明專利]一種金剛石涂層的制備方法、金剛石涂層及刀具

有效

• 申請號: 202110723092.6
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113445024B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 葉嗣林;王天樂;黃國波
• 申請（專利權）人: 浙江勞倫斯機床有限公司
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/511;C23C14/16;C23C14/35;C23C16/02;C23C28/00
• 代理公司: 臺州市南方商標專利代理有限公司 33225
• 代理人: 白家駒

本發明公開了一種金剛石涂層的制備方法、金剛石涂層及刀具，其中，所述制備方法為：配置多種納米尺度金剛石顆粒的懸浮液，按照納米金剛石顆粒的粒度從大到小順序，將該多種懸浮液依次用于在預處理后的硬質合金基體表面進行植晶，然后通過微波化學氣相沉積法生長金剛石，得到金剛石涂層。本發明使用多種尺度納米金剛石顆粒來植晶，并利用表面活性劑對金剛石顆粒進行潤濕和分散，可大大提高植晶過程中基體表面的金剛石顆粒密度，使晶種充分覆蓋基體表面，表面顆粒尺度豐富，所生長涂層表面光滑，兼具良好的硬度和耐磨性。

技術領域

本發明屬于金剛石薄膜生長領域，具體涉及一種金剛石涂層的制備方法、金剛石涂層及刀具。

背景技術

硬質合金是一種具有韌性好、硬度高、熱穩定性良好的碳化物(WC、TiC)合金，在耐磨和低粗糙度加工方面應用廣泛，是刀具的良好材料。隨著硬質難加工材料在精細加工領域越來越多的應用，如汽車、航空航天、集成電路板等，傳統的硬質合金刀具已經很難滿足加工的精度要求。如何對刀具表面進行強化以擴大其應用范圍，是行業內的共性技術熱點。

CVD金剛石薄膜因具有天然金剛石的高硬度、低摩擦系數、良好的沖擊韌性等優異的性能，并且工藝簡單、可以在復雜形狀的硬質合金基體上直接沉積以制造金剛石涂層刀具，而被廣泛關注，是理想的工具涂層和耐磨材料。但是，與發達國家相比，我國在CVD金剛石涂層刀具的涂層制備等技術方面還存在較大差距，目前刀具市場上的金剛石涂層刀具也主要以美、德、日等工業發達國家的知名品牌刀具為主，嚴重阻礙了國內金剛石涂層刀具技術的發展。因此，對硬質合金基體表面沉積的金剛石薄膜開展涂層生長、力學性能研究具有重要意義，如何簡單高效的制備高生長質量且兼具良好力學性能、摩擦性能的金剛石薄膜，亟待解決。

基于現有技術中存在的上述缺點和不足，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種高質量的金剛石涂層的制備方法，涂層表面光滑、粗糙度低、同時具備良好的力學性能和摩擦性能。

本發明的另一目的是提供一種硬質合金材料刀具，刀具表面有上述金剛石涂層。

為了達到上述發明目的，第一方面，本發明提供一種金剛石涂層的制備方法，該方法為：配置多種納米尺度金剛石顆粒的懸浮液，按照納米金剛石顆粒的粒度從大到小順序，將該多種懸浮液依次用于在預處理后的硬質合金基體表面進行植晶，然后通過微波化學氣相沉積法生長金剛石，得到金剛石涂層。

進一步地，采用3種所述納米尺度金剛石顆粒的懸浮液，其中納米金剛石顆粒的粒度從大到小依次為W0.25、W0.08和W0.03，相應地，植晶次數為3次。

進一步地，所述納米尺度金剛石顆粒的懸浮液中包括納米尺度金剛石顆粒、丙酮和表面活性劑；其中，所述尺度金剛石顆粒的質量濃度為3g/100ml-6g/100ml,所述表面活性劑的質量濃度為0.02％-0.1％。

進一步地，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，用于對各所述納米尺度金剛石顆粒進行潤濕和分散。

進一步地，所述植晶的過程為：將預處理后的硬質合金基體置于所述納米尺度金剛石顆粒懸浮液中進行超聲分散，超聲時間為30min-60min；植晶后，用乙醇、丙酮依次清洗以去除殘留的納米尺度金剛石顆粒。

進一步地，所述預處理包括：清洗硬質合金基體，用酸堿兩步法對硬質合金基體進行脫Co處理，用磁控濺射法在硬質合金基體表面沉積Ti過渡層。

進一步地，所述清洗硬質合金基體包括以下至少一種：乙醇超聲清洗15分鐘、去離子水清洗5分鐘、丙酮清洗15分鐘、去離子水清洗5分鐘、去離子水清洗15分鐘；清洗后，置于乙醇中備用。