專利名稱：硬質(zhì)合金表面沉積cvd金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝的制作方法
硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝技術(shù)領(lǐng)域 .本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜前的預(yù)處理工藝，尤其 是一種能保證棱邊和尖角處強度，以提高CVD金剛石膜附著性能的預(yù)處理工 藝，具體地說是一種硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝。
技術(shù)背景目前，化學(xué)氣相沉積(簡稱CVD)金剛石的力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、 光學(xué)和化學(xué)等各項性能已經(jīng)達到或接近天然金剛石的性能，在當(dāng)今高科技領(lǐng) 域具有廣闊的應(yīng)用前景。硬質(zhì)合金作為一種廣泛使用的耐磨材料，在很多工業(yè) 領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在硬質(zhì)合金產(chǎn)品表面上沉積一層CVD金剛石涂層，可 以進一步提高硬質(zhì)合金產(chǎn)品的耐磨性。硬質(zhì)合金刀片中Co是良好的粘結(jié)劑， 從而使硬質(zhì)合金具有良好的韌性和抗彎性能，但在硬質(zhì)合金上沉積金剛石時 Co卻有一些負面影響①阻礙和推遲金剛石的成核和生長；②催化非金剛石 相的形成；③在CVD金剛石的條件下溶解金剛石薄膜；④Co強烈促進金剛 石的二次成核。為了在硬質(zhì)合金表面獲得高品質(zhì)、結(jié)合性能良好的CVD金 剛石涂層，需要對硬質(zhì)合金表面進行預(yù)處理?，F(xiàn)有的酸刻蝕脫Co預(yù)處理方 法中都存在刻蝕不均勻問題，即棱邊和尖角上脫Co的速度比面上脫Co的速 度快。由于Co是硬質(zhì)合金中的粘接劑，脫Co會使硬質(zhì)合金表面產(chǎn)生孔隙， 強度降低，脫Co不均勻使得當(dāng)面上脫Co滿足要'求時，棱邊和尖角脫Co嚴(yán) 重，造成棱邊和尖角處強度降低，影響產(chǎn)品的性能，甚至還會造成棱邊和尖 角蝕損。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的預(yù)處理工藝在脫Co時易造成棱邊和尖角處 脫Co不均勻造成沉積不均，影響刀具切削性能的問題，發(fā)明一種硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝， 一方面保證硬質(zhì)合金表面預(yù)處理后滿足CVD金剛石膜的沉積需求，另一方面使得硬質(zhì)合金產(chǎn)品棱邊和尖角脫 Co量與面上的脫Co量基本一致，保證棱邊和尖角處沉積層的強度，提高CVD 金剛石膜的性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝，其流程為(1 )拋光一(2)清洗一(3)刻蝕WC— (4)清洗一(5)第一次刻蝕Co— (6) 清洗一(7)干燥一(8)涂膠一(9)第二次刻蝕Co— (10)清洗一(11)溶 膠一(12)植晶；其中所述的步驟(3)刻蝕WC采用由鐵氰化鉀、氫氧化鉀 和水組成的刻蝕溶液刻蝕，刻蝕溶液溫度T在1(TC 8(TC之間時，刻蝕時間 t=31—e^i (min);所述的步驟(5)第一次刻蝕Co采用由硝酸、雙氧水 和水組成的刻蝕溶液刻蝕，室溫下刻蝕1.5min 2min;所述的步驟(8)涂膠 是采用可溶性有機溶劑在棱邊和尖角上涂布，棱邊和尖角兩側(cè)膠水涂布寬度 均控制在0.2mm 0.6ram之內(nèi)；所述的步驟(9)第二次刻蝕Co采用與第一次 刻蝕Co相同的刻蝕溶液進行刻蝕，室溫下刻蝕3min 5min;所述的步驟(12) 植晶是將經(jīng)步驟(11)溶膠處理后的硬質(zhì)合金產(chǎn)品放入粒度小于50mn的納米 金剛石粉的丙酮懸濁液中超聲波振動不少于30min;所述的步驟(2， 4， 6， 10)清洗時應(yīng)采用去離子水或蒸餾水超聲波清洗1 3次，所述的步驟(11) 溶膠是指用有機溶劑超聲波清洗1 3次。所述的步驟(3 )刻蝕WC所采用的刻蝕溶液的配比為 K3[Fe(CN)e] :KOH:H20=1:1:10。所述的步驟(5 )第 一 次刻蝕Co采用的刻蝕溶液的配比為 HN03:H202:H20=2:1:20。本發(fā)明的有益效果1、采用本發(fā)明的硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝， 表面預(yù)處理后硬質(zhì)合金產(chǎn)品棱邊和尖角脫Co量與面上的脫Co量基本一致， 沒有棱邊和尖角蝕損，棱邊和尖角處強度得到保證，沉積CVD金剛石時成核密度高，制備的CVD金剛石膜的質(zhì)量好，膜與基體的結(jié)合性能好，棱邊和尖角上CVD金剛石膜的質(zhì)量好。2、 K3[Fe (CN)6] :K0H:H20=1:1:10刻蝕溶液超聲波振動可以有效刻蝕WC， 刻蝕溶液溫度越高，刻蝕WC速度就越快，刻蝕溶液溫度T在1(TC 8(TC之 間，超聲波振動刻蝕時間t=31 —(min)時刻蝕WC效果較好。3、 采用HN03:H202:H20=2:1:20的刻蝕溶液刻蝕Co第一次室溫下刻蝕 1.5min 2min，第二次室溫下刻蝕3min 5min，保證有效去除硬質(zhì)合金表面 的Co，滿足CVD金剛石沉積要求，同時又保證硬質(zhì)合金產(chǎn)品棱邊和尖角脫 Co量與面上的脫Co量基本一致。4、 本發(fā)明通過增加涂布工藝步驟，采用有機溶劑可溶性的膠水在刀具 尖角和棱角處進行涂布，使得在有機溶劑清洗后不影響脫Co和刻蝕WC的效 果，而且膠水清洗方便，清洗后不會在硬質(zhì)合金表面殘存。棱邊和尖角兩側(cè) 膠水涂布寬度均在0, 2mm 0. 6觀之內(nèi)可以在第二次刻蝕Co時有效保護棱邊 和尖角的同時又不會遮擋過多其它的硬質(zhì)合金表面，保證了脫Co效果，大 大提高了刀具的沉積性能。5、 粒度小于50nm納米金剛石粉的丙酮懸濁液中超聲波振動30min植晶 后，CVD金剛石的成核密度增加。6、 以下是利用本發(fā)明的預(yù)處理工藝處理后沉積CVD金剛石涂層的效果(1) 將經(jīng)本發(fā)明預(yù)處理后的K10硬質(zhì)合金精加工車刀基體放入沉積爐 中，沉積CVD金剛石涂層，車刀的切削刃和刀尖沒有出現(xiàn)蝕損，保證了切削 刃和刀尖的性能，車刀上的沉積CVD金剛石涂層能夠滿足高硅鋁合金的精車 要求。而采用傳統(tǒng)預(yù)處理方法的精加工車刀的切削刃和刀尖都會有不同程度 的蝕損，其上沉積的CVD金剛石涂層上有蝕損保留在切削刃和刀尖上，車刀 性能明顯降低。(2) 采用本發(fā)明的預(yù)處理工藝后，在沉積CVD金剛石涂層的YG6硬質(zhì)合 金銑刀上進行表面預(yù)處理，銑刀的切削刃和刀尖沒有出現(xiàn)蝕損，保證了切削刃和刀尖的性能，在處理后的銑刀上沉積CVD金剛石涂層能夠滿足銅、鋁合 金的銑削要求。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。一種硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝，其流程為(1)拋光一(2)清洗一(3)刻蝕WC— (4)清洗一(5)第一次刻蝕Co— (6)清洗一(7)干燥一(8)涂膠一(9)第二次刻蝕Co— (10)清洗一(11) 溶膠一(12)植晶；預(yù)處理時先在工具磨床上對車刀進行拋光(步驟l)，接 著在室溫下用超聲波清洗機對拋光后的車刀進行清洗(步驟2) —至三次， 清洗溶液為去離子水(也可用蒸餾水)，每次5min。將清洗后的車刀放入塑 料容器中，將鐵氰化鉀、氫氧化鉀和水按照1:1:10 (也可采用與現(xiàn)有技術(shù)相 同的配方)配制好的刻蝕WC溶液倒入塑料容器中，液面超過車刀lcm，在 室溫下超聲波振動刻蝕29min (具體實施時刻蝕WC的溫度T在10°C 80°C 之間時，相應(yīng)的刻蝕時間t二31 — e^ (min))(步驟3)，刻蝕WC結(jié)束后 再用去離子水(也可用蒸餾水)超聲波清洗(步驟4) 一至三次，每次清洗 2min。接著將刻蝕WC處理后的車刀放入玻璃容器中，將硝酸、雙氧水和水 按照2:1:20 (也可采用現(xiàn)有技術(shù)相同的配方)配制好的刻蝕Co溶液倒入玻璃 容器中，液面超過車刀2cm，在23'C的室溫下超聲波振動刻蝕1.5 2min(步 驟5)后用去離子水(也可用蒸餾水，下同)超聲波清洗(步驟6) —至三次， 每次清洗2min。清洗車刀放入干燥箱中烘干(步驟7)后的用棉簽蘸上502 膠水快速在車刀的主、副切削刃上均勻布膠(步驟8)，膠水(應(yīng)采用有機溶 劑可溶性膠水)在主、副切削刃兩側(cè)的涂布寬度為0.2mm。將涂膠后的車刀 再次放入玻璃容器中，將硝酸、雙氧水和水按照2:1:20配制好的刻蝕Co溶 液倒入玻璃容器中，液面超過車刀2cm，在室溫下超聲波振動刻蝕3min (步 驟9)后用去離子水超聲波清洗(步驟10) —至三次，每次清洗2min。將第 二次刻蝕Co后的車刀放入丙酮溶液中超聲波清洗三次脫膠(步驟11)，每次 清洗3min。將丙酮超聲波清洗后的車刀放入配制好的納米金剛石粉的丙酮懸濁液中，納米金剛石粉含量為0.5%，粒度為50nm，超聲波振動30min后取 出，完成植晶(步驟12)。預(yù)處理后K10硬質(zhì)合金車刀的切削刃和刀尖沒有 出現(xiàn)蝕損，保證了切削刃和刀尖的性能。本實施例未涉及的有機溶劑可溶性膠水、離子水、超聲波清洗、干燥方 式以及步驟11的溶膠等工藝、材料及設(shè)備均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技 術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝，其流程為(1)拋光→(2)清洗→(3)刻蝕WC→(4)清洗→(5)第一次刻蝕Co→(6)清洗→(7)干燥→(8)涂膠→(9)第二次刻蝕Co→(10)清洗→(11)溶膠→(12)植晶；其中所述的步驟(3)刻蝕WC采用由鐵氰化鉀、氫氧化鉀和水組成的刻蝕溶液刻蝕，刻蝕溶液溫度T在10℃～80℃之間時，刻蝕時間
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工 藝，其特征是所述的步驟(3)刻蝕WC所采用的刻蝕溶液的配比為 K3[Fe (CN) 6] :K0H:H20=1:1:10。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工 藝，其特征是所述的步驟(5)第一次刻蝕Co采用的刻蝕溶液的配比為 ■3:H202:H20=2:1:20。
全文摘要
本發(fā)明針對目前的現(xiàn)有的硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜預(yù)處理工藝中棱邊和尖角上脫Co的速度比面上脫Co的速度快，造成棱邊和尖角處強度降低，影響產(chǎn)品的性能，甚至還會造成棱邊和尖角蝕損等問題，發(fā)明了一種硬質(zhì)合金表面沉積CVD金剛石膜的梯度法預(yù)處理工藝，它的主要工藝流程為拋光(1)→清洗(2)→刻蝕WC(3)→清洗(4)→第一次刻蝕Co(5)→清洗(6)→干燥(7)→涂膠(8)→第二次刻蝕Co(9)→清洗(10)→溶膠(11)→植晶(12)，尤其是其中的涂膠工藝保證了硬質(zhì)合金表面預(yù)處理后滿足CVD金剛石膜的沉積需求，同時使得硬質(zhì)合金產(chǎn)品棱邊和尖角脫Co量與面上的脫Co量基本一致，保證了棱邊和尖角處強度，提高了CVD金剛石膜的性能。
文檔編號C23C16/02GK101220462SQ20081001955
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者任衛(wèi)濤, 盧文壯, 吳小軍, 左敦穩(wěn), 鋒 徐, 春 楊, 珉 王, 艷 蔣, 袁佳晶, 黃銘敏, 黎向鋒 申請人:南京航空航天大學(xué)