一種用于金剛石涂層梯度硬質(zhì)合金基體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬硬質(zhì)合金技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于金剛石涂層梯度硬質(zhì)合金基體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石具有高硬度、高耐磨性、高熱導(dǎo)率、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異特性，在WC-Co硬質(zhì)合金工具表面采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法涂覆一層金剛石薄膜可有效改善工具的切削性能，非常適用于有色金屬及合金、金屬基復(fù)合材料、陶瓷、玻璃纖維或碳纖維聚合物層壓制品等難加工材料的切削加工。
[0003]金剛石薄膜與硬質(zhì)合金基體的結(jié)合強度是決定金剛石涂層工具切削性能與使用壽命的關(guān)鍵因素。許多研究表明，硬質(zhì)合金基體表面的粘結(jié)相鈷(Co)對金剛石膜/基附著力有顯著的不利影響，表面貧Co是硬質(zhì)合金基體上獲得高附著力金剛石涂層的必要條件。
[0004]消除或降低硬質(zhì)合金基體表面Co對金剛石涂層的負(fù)面影響，目前通常采用兩條技術(shù)途徑:一是采用低鈷(Co ( 6wt.% )或無Co硬質(zhì)合金基體；二是涂層前對硬質(zhì)合金基體表面進行預(yù)處理。采用低鈷或無鈷硬質(zhì)合金基體，雖然可以避免金剛石涂層過程中Co的不利影響，提高金剛石膜的附著力，但低鈷或無鈷硬質(zhì)合金強度低、韌性差，不適用于難加工材料的切削工具。高Co含量(Co彡10wt.% )硬質(zhì)合金強度高、韌性好，是金剛石涂層工具基體材料的最佳選擇。因此，近十年來國內(nèi)外研究者嘗試了各種預(yù)處理方法以期在高Co含量硬質(zhì)合金基體上獲得貧鈷表面，改善金剛石膜/基附著力，但這些方法在實際應(yīng)用中均存在明顯的不足之處，如，酸浸蝕或刻蝕等化學(xué)去Co法，雖可有效降低基體表層的Co含量，但同時卻會使表層因失Co而結(jié)構(gòu)疏松，制備的金剛石涂層易因起源于疏松表層中的缺陷而碎裂或剝落；激光輻照去Co法雖可以同時達(dá)到表面去Co及粗化的目的，但這種處理方法不適用于復(fù)雜形狀基體且費用昂貴，不具備生產(chǎn)實用價值；施加中間過渡層的方法雖能在基體表面得到不含Co的新表面層，但工藝復(fù)雜，成本高，且會使金剛石成核率降低，金剛石膜的沉積變得異常困難。迄今為止，金剛石涂層高Co含量硬質(zhì)合金膜/基附著力差的問題仍未得到根本解決。
[0005]梯度硬質(zhì)合金具有表層Co含量低、心部Co含量高的獨特結(jié)構(gòu)，可有效解決金剛石涂層附著力與基體強韌性之間的矛盾。申請?zhí)枮?3117958.4的中國專利文獻《表面層貧鈷的梯度硬質(zhì)合金上進行金剛石涂層的方法》公開了一種在梯度硬質(zhì)合金表面沉積金剛石薄膜的方法，但其采用的梯度硬質(zhì)合金為DP合金，心部含大量脆性的η相(Co3W3C或Co6W6C)，并不適宜用作金剛石涂層工具的基體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于金剛石涂層梯度硬質(zhì)合金基體的制備方法，針對現(xiàn)有金剛石涂層硬質(zhì)合金工具的不足，提供一種工藝方法簡單、過程控制簡便，適用于金剛石涂層高Co含量硬質(zhì)合金工具的梯度硬質(zhì)合金基體制備方法。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種用于金剛石涂層梯度硬質(zhì)合金基體的制備方法，其中所述的方法包括:
[0008](a)制備整體不含η相的貧碳硬質(zhì)合金；
[0009](b)將所得貧碳硬質(zhì)合金磨削加工成工具；
[0010](c)對工具進行氣體滲碳表面處理；
[0011](d)對所得滲碳處理工具拋光、化學(xué)腐蝕和超聲波清洗，即得到用于金剛石涂層的梯度硬質(zhì)合金基體。
[0012]所述的方法(a)中制備整體不含η相的貧碳硬質(zhì)合金的方法為將貧碳WC-CO混合料，經(jīng)濕磨、干燥、制粒、模壓后，按正常燒結(jié)工藝進行液相燒結(jié)，得到整體不含η相的貧碳硬質(zhì)合金。
[0013]所述的方法(b)中將所得貧碳硬質(zhì)合金放在數(shù)控磨床上磨削成工具。
[0014]所述的方法(c)中將工具垂直放置在真空燒結(jié)爐內(nèi)，在富碳?xì)夥障逻M行真空滲碳。
[0015]所述貧碳WC-C0混合料是將WC粉、Co粉和純W粉配制成總碳含量位于WC_Co平衡相圖的兩相區(qū)邊界、但低于化學(xué)計量碳的WC-Co混合料。
[0016]所述富碳?xì)夥諡榧淄轶w積百分濃度為0.8?2.5vol.%的甲烷和氫氣混合氣體。
[0017]所述的步驟(c)中滲碳溫度1260?1320°C，時間2?4h，混合氣體流量4?10L/min，爐內(nèi)壓力0.25?0.5atm0
[0018]所述的步驟(d)中化學(xué)腐蝕為先用Murakami試劑侵蝕lOmin，然后用H2S04:H202 =1:10試劑侵蝕lmin。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點有:
[0021](1)本方法制造的金剛石涂層用梯度硬質(zhì)合金基體，表面Co含量低，金剛石涂層附著力大，心部Co含量高且無τι相存在，強韌性好，制備的金剛石涂層工具有更好的切削性能和使用壽命。
[0022](2)本發(fā)明的梯度硬質(zhì)合金基體，可采用微波等離子體CVD法、熱絲CVD法等常規(guī)方法制備金剛石涂層，無需對金剛石涂層設(shè)備、工藝進行改進。
【附圖說明】
[0023]附圖1為本發(fā)明制造梯度硬質(zhì)合金基體的工藝流程圖；
[0024]附圖2為本發(fā)明實施例1中梯度硬質(zhì)合金基體的XRD譜圖；
[0025]附圖3為本發(fā)明實施例1中梯度硬質(zhì)合金基體中Co含量的分布圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0027]如圖1所示，一種用于金剛石涂層梯度硬質(zhì)合金基體的制備方法，其中所述的方法包括:
[0028](a)制備整體不含η相的貧碳硬質(zhì)合金；
[0029](b)將所得貧碳硬質(zhì)合金磨削加工成工具；
[0030](c)對工具進行氣體滲碳表面處理；
[0031](d)對所得滲碳處理工具拋光、化學(xué)腐蝕和超聲波清洗，即得到用于金剛石涂層的梯度硬質(zhì)合金基體。<