[发明专利]一种金刚石膜涂层钢铁基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种金刚石膜涂层钢铁基复合材料，包括钢铁基材，其特征在于：从内向外依次为所述的钢铁基材、W-C-Co中间层和金刚石超硬耐磨层，所述的W-C-Co中间层的厚度大于或等于2μm、小于或等于100μm，所述W-C-Co中间层的成分包含钨碳化合物和金属钴，金属钴的质量百分数取值范围为1～30％，其余为钨碳化合物；钨碳化合物的W与C原子比大于或等于1∶1、小于或等于3∶1，物相包含WC、W₂C、W₃C、WC_1-x中的一种或多种，其中x的取值范围为0.34～0.43，WC在钨碳化合物中的质量百分数大于或等于50％、小于或等于100％，其余为W₂C、W₃C、WC_1-x中的一种或多种；所述金刚石超硬耐磨层的厚度大于或等于1μm、小于或等于300μm。

2.制备权利要求1所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、对钢铁基材进行机械抛光、清除油污处理；

(2)、在钢铁基材表面制备一层W-C-Co中间层，其中Co含量质量百分数为1～30％；

(3)、对W-C-Co中间层进行表面处理，包括研磨、抛光，以控制表面粗糙度；

(4)、对W-C-Co中间层进行金刚石超硬耐磨层生长前的预处理；

(5)、在处理后样品表面采用化学气相沉积方法制备金刚石超硬耐磨层。

3.如权利要求2所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中所述的W-C-Co中间层的制备方法包含所有可用于制备W-C-Co涂层的技术，如热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积。

4.如权利要求2所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中所述的W-C-Co中间层的制备过程中可控制Co的质量百分含量，可控制Co含量恒定或Co含量梯度变化，即由所述的钢铁基材与W-C-Co中间层界面处至W-C-Co与空气界面处Co含量逐渐降低。

5.如权利要求2所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)为W-C-Co中间层在金刚石超硬耐磨层生长前进行表面化学预处理和制备过渡层预处理中的一种或两种混合预处理。

6.如权利要求5所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述W-C-Co中间层的表面化学预处理采用一步法处理或二步法处理，所述的一步法处理，将W-C-Co中间层浸泡于酸性溶液中进行表面脱钴处理，酸性试剂为盐酸、硝酸、硫酸等酸液的一种或多种，再同过氧化氢和水中的一种或两种混合后的溶液；所述的二步法处理的步骤是：首先，将处理后样品浸泡在碱性试剂中腐蚀试样表面的WC相；然后采用酸性试剂刻蚀粘结相Co，所述的碱性试剂的质量百分含量成分为：K₃[Fe(CN)₆]：5～20％，KOH或NaOH：5～20％，H₂O：60～90％；所述的酸性试剂为盐酸、硝酸、硫酸等酸液的一种或多种，再同过氧化氢和水中的一种或两种混合后的溶液。

7.如权利要求6所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的制备过渡层预处理，采用表面工程技术在所述的W-C-Co中间层上制备一层过渡层，所述的过渡层的成分为钨、钼、钛中的一种或多种或者它们的碳化物或氮化物或碳氮化合物，其厚度为0～10μm，所述的过渡层的制备方法包含所有可用于制备过渡层的表面工程技术，如热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积。

8.如权利要求2所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的W-C-Co中间层进行表面处理后，将试样置于微细金刚石粉的丙酮悬浊液中，采用超声波震荡处理。

9.如权利要求2所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中的所述的化学气相沉积方法包含所有可用于制备金刚石膜的技术，如热丝CVD法、微波CVD法、火焰燃烧CVD法或直流喷射CVD法。

10.如权利要求2所述的金刚石膜涂层钢铁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中的制备温度范围为300～1100℃，沉积气压为0.5～30kPa。