一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料涂層領(lǐng)域，提供了一種增強刀具基體與金剛石涂層結(jié)合力的新方法，具體是：先對刀具用電化學(xué)兩步法進行預(yù)處理，可以有效去除刀具表面的鈷，提高刀具表面的粗糙度，提高金剛石的形核密度；然后在其表面注入鉬離子，可以在刀具表面形成一層化合物保護層，有效阻止刀具內(nèi)部鈷的擴散；利用化學(xué)氣相沉積法沉積一層金剛石涂層，接著對涂層進行離子轟擊，可以有效降低金剛石薄膜的粗糙度，增強其結(jié)合力。因此可以使金剛石涂層與基體結(jié)合強度更高，從而大大提高了刀具的切削性能和使用壽命。
【專利說明】一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料涂層領(lǐng)域，具體涉及一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)合金刀具具有硬度高、耐磨、強度和韌性好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良特性，而被廣泛作為切割刀具材料，但是隨著工業(yè)和科技的發(fā)展，越來越多的難加工的材料大量涌現(xiàn)，單一的硬質(zhì)合金材料已無法滿足工業(yè)需求，因此產(chǎn)生了涂層硬質(zhì)合金刀具，其中金剛石涂層應(yīng)用最為廣泛。但是金剛石涂層在硬質(zhì)合金刀具基體上的附著力較差，很容易從基體上脫落，嚴重影響了金剛石涂層刀具的切削性能和使用壽命，而其中一個關(guān)鍵因素就是鈷的存在。
[0003]而目前去除鈷影響的方法，許多專家提出利用化學(xué)處理法能夠有效出去刀具表面的鈷的影響。化學(xué)法雖然能夠有效的去除刀具表面的鈷含量，提高結(jié)合強度，但是存在一定的局限性:(I)該法只能除去表層深度很淺的鈷，如果長時間處理，會很容易形成結(jié)構(gòu)組織松散的WC (碳化鎢)層，從而在涂層與刀具結(jié)合面之間形成弱項，影響涂層與刀具的結(jié)合強度，同時使刀具基體的硬度和抗彎強度都有所下降；(2)腐蝕后鈷聚集區(qū)轉(zhuǎn)化為巨大的深坑，同時無法克服鈷在高溫陳及時想貧鈷層的遷移和擴散。因此，該法會使金剛石涂層的結(jié)合強度下降，降低了刀具的切削性能和使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，解決上述硬質(zhì)合金刀具預(yù)處理過程中出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提供了一種增強刀具基體與金剛石涂層結(jié)合力的新方法，具體技術(shù)方案是:先對刀具用電化學(xué)兩步法進行預(yù)處理，可以有效去除刀具表面的鈷，提高刀具表面的粗糙度，提高金剛石的形核密度；然后在其表面注入鑰離子，可以在刀具表面形成一層化合物保護層，有效阻止刀具內(nèi)部鈷的擴散；利用化學(xué)氣相沉積法沉積一層金剛石涂層，接著對涂層進行離子轟擊，可以有效降低金剛石薄膜的粗糙度，增強其結(jié)合力。因此可以使金剛石涂層與基體結(jié)合強度更高，從而大大提高了刀具的切削性能和使用壽命。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
(1)先將硬質(zhì)合金刀具放入去離子水中用超聲波對其表面進行清理，去除雜質(zhì)和油污；
(2)將清理后的刀具放入裝有電解液的電化學(xué)腐蝕裝置內(nèi)腐蝕機體表面；
(3)將步驟(2)處理過的刀具置入王水溶液浸蝕5?20min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干；
(4)將步驟(3)處理過的刀具用離子注入技術(shù)將鑰離子注入刀具表面，使其在表面形成一層化合物CoMoO4,然后置入金剛石微粉混合液中，超聲振蕩15min ；
(5)用化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積厚度1?5μπι的金剛石薄膜，然后用離子轟擊金剛石薄膜，轟擊完成取出刀具。
[0006]步驟(2)中，所述電解液為質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液。
[0007]步驟(2)中，所述電化學(xué)腐蝕裝置的電化學(xué)類型為直流，電流大小為1A，電化學(xué)腐蝕的時間為5?15min。
[0008]步驟(4)中，所述離子注入技術(shù)的工藝參數(shù)為:注入能量范圍為55?65kev,劑量范圍為 9 X 116?1.5X 10171ns/cm2。
[0009]步驟(4)中，所述金剛石微粉混合液中，金剛石的含量為15?30g/L。
[0010]步驟(5)中，所述離子轟擊的工藝參數(shù)為:轟擊偏壓范圍為25(T400V，弧電范圍為55?65Α，保持 25?35min
與現(xiàn)有的硬質(zhì)合金刀具涂層技術(shù)和化學(xué)法去鈷處理方法相比，本發(fā)明的有益效果是:
(I)電化學(xué)腐蝕可去除基體表面的“硬皮”，增加基體表面WC晶粒的粗化程度，增加WC晶粒的晶界數(shù)量，并在其表面產(chǎn)生了較多的微缺陷，腐蝕后晶粒較為致密均勻，有利于提高金剛石涂層的形核密度，有利于增強金剛石涂層工具膜基強度。
[0011 ] (2)離子注入鑰會在刀具表面形成一層化合物保護層，有效阻止及刀具內(nèi)部的鈷向表面擴散，防止其影響金剛石涂層。
[0012](3)通過最后的離子轟擊金剛石薄膜，可以使金剛石薄膜滲透到刀具內(nèi)部，增加薄膜的結(jié)合力，同時使金剛石薄膜的表面更光滑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是硬質(zhì)合金刀具進行金剛石涂層的一般流程圖；
圖2是硬質(zhì)合金刀具表面預(yù)處理流程圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合該技術(shù)方案和附圖詳解對本發(fā)明的具體實施例作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0015]選擇YG6普通粒度硬質(zhì)合金刀具進行處理，這是一種低昂性的硬質(zhì)合金刀具材料。
[0016]實施例1
進行電化學(xué)兩步法進行預(yù)處理并進行金剛石涂層的具體過程操作:
1、先將硬質(zhì)合金刀具表放入去離子水中對其面用超聲波進行清理，去除雜質(zhì)和油污，吹干。
[0017]2、將清理后的刀具放入電化學(xué)裝置內(nèi)腐蝕機體表面，電解液為10%的NaOH溶液，電化學(xué)類型為直流，電流大小為1A，電化學(xué)腐蝕的時間為15min。
[0018]3、然后用王水溶液浸蝕15min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干。
[0019]4、用離子注入技術(shù)將鑰離子注入刀具表面，注入能量范圍為55kev，劑量范圍為9 X 10161ns/cm2,使其在表面形成一層化合物,然后和少量的金剛石微粉混合液,在超聲清洗儀中振蕩15min。
[0020]5、用年化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積一層f 5 μ m金剛石薄膜，用化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積一層金剛石薄膜，然后用離子轟擊金剛石薄膜，轟擊偏壓范圍為250V，弧電范圍為55A，保持25min，然后取出YG6刀具。
[0021]實施例2
1、先將硬質(zhì)合金刀具表放入去離子水中對其面用超聲波進行清理，去除雜質(zhì)和油污，吹干。
[0022]2、將清理后的刀具放入電化學(xué)裝置內(nèi)腐蝕機體表面，電解液為10%的NaOH溶液，電化學(xué)類型為直流，電流大小為1A，電化學(xué)腐蝕的時間為5min。
[0023]3、然后用王水溶液浸蝕5min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干。
[0024]4、用離子注入技術(shù)將鑰離子注入刀具表面，注入能量范圍為60kev，劑量范圍為1.2X 10171ns/cm2,使其在表面形成一層化合物CoMoO4,然后和15?30g/L的金剛石微粉混合液，在超聲清洗儀中振蕩15min。
[0025]5、用年化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積一層f 5 μ m金剛石薄膜，用化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積一層金剛石薄膜，然后用離子轟擊金剛石薄膜，轟擊偏壓范圍為300V，弧電范圍為60A，保持30min，然后取出YG6刀具。
[0026]實施例3
1、先將硬質(zhì)合金刀具表放入去離子水中對其面用超聲波進行清理，去除雜質(zhì)和油污，吹干。
[0027]2、將清理后的刀具放入電化學(xué)裝置內(nèi)腐蝕機體表面，電解液為10%的NaOH溶液，電化學(xué)類型為直流，電流大小為1A，電化學(xué)腐蝕的時間為lOmin。
[0028]3、然后用王水溶液浸蝕20min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干。
[0029]4、用離子注入技術(shù)將鑰離子注入刀具表面，注入能量范圍為65kev，劑量范圍為
1.5 X 10171ns/cm2,使其在表面形成一層化合物,然后和少量的金剛石微粉混合液,在超聲清洗儀中振蕩15min。
[0030]5、用年化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積一層f 5 μ m金剛石薄膜，用化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積一層金剛石薄膜，然后用離子轟擊金剛石薄膜，轟擊偏壓范圍為400V，弧電范圍為65A，保持35min，然后取出YG6刀具。
[0031]經(jīng)過該方法處理后，YG6硬質(zhì)合金刀具表面比較光滑，經(jīng)過測量，表面摩擦系數(shù)減少很多，結(jié)合力提高很大，耐磨性提高近一倍多。
[0032]所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的新方法，其特征在于，具體包括如下步驟: (1)將硬質(zhì)刀具放入去離子水中用超聲波對其表面進行清理； (2)將清理后刀具放入裝有電解液的電化學(xué)腐蝕裝置內(nèi)腐蝕機體表面； (3)將步驟(2)處理過的刀具置入王水溶液中浸蝕5?20min，取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干; (4)將步驟(3)處理過的刀具利用離子注入技術(shù)將鑰離子注入刀具表面，使其在表面形成一層化合物CoMoO4,然后置入金剛石微粉混合液中，超聲振蕩15min ； (5)用化學(xué)氣相沉積法在刀具表面沉積厚度f5 μ m金剛石薄膜，然后用離子轟擊金剛石薄膜，轟擊完成取出刀具。
2.如權(quán)利要求1所述的一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的新方法，其特征在于，步驟(2)中，所述電解液為質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的新方法，其特征在于，步驟(2)中，所述電化學(xué)腐蝕裝置的參數(shù)為:電化學(xué)類型為直流，電流大小為1A，電化學(xué)腐蝕的時間為5?15min。
4.如權(quán)利要求1所述的一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的新方法，其特征在于，步驟(4)中，所述離子注入技術(shù)的工藝參數(shù)為:注入能量范圍為55飛5kev，劑量范圍為 9 X 116?1.5X 10171ns/cm2。
5.如權(quán)利要求1所述的一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的新方法，其特征在于，步驟(4)中，所述金剛石微粉混合液中，金剛石的含量為15?30g/L。
6.如權(quán)利要求1所述的一種提高硬質(zhì)合金刀具表面金剛石涂層附著力的新方法，其特征在于，步驟(5)中，所述離子轟擊的工藝參數(shù)為:轟擊偏壓范圍為25(T400V，弧電范圍為55?65Α，保持 25?35min。
【文檔編號】C23C14/02GK104294272SQ201410465476
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】陳希章, 于杰 申請人:江蘇大學(xué)