[发明专利]刀具表面掺硼金刚石复合涂层制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种刀具制造技术领域的装置，具体是一种用于复杂形状硬 质合金刀具表面掺硼金刚石复合涂层制备装置。

背景技术

金刚石薄膜具有许多接近天然金刚石的优异性能，如硬度高、弹性模量大， 摩擦系数低、耐磨性强以及表面化学性能稳定等，因此，金刚石薄膜作为耐磨、 减摩或保护性涂层材料在工模具和耐磨器件领域具有广阔的应用前景。化学气相 沉积法(Chemical Vapor Deposition，简称CVD法)制备金刚石薄膜不受基体 形状的制约，能够直接沉积在复杂形状基体的表面，非常适合用于制备复杂形状 金刚石薄膜涂层刀具。然而，复杂形状刀具自身的结构特点和性能要求使得它对 刀具基体表面预处理工艺、CVD金刚石薄膜的沉积装置和沉积工艺均有特殊要求， 并且硬质合金刀具中的粘接相钴对金刚石薄膜具有催石墨化作用，这导致了沉积 在复杂形状硬质合金刀具表面的CVD金刚石薄膜与基体之间的附着强度较低，薄 膜表面质量差，这极大地制约了复杂形状金刚石薄膜涂层刀具的产业化。

经过对文献的检索发现，为提高金刚石薄膜与硬质合金基体之间的附着强 度，普遍采用的预处理方法包括酸刻蚀、等离子弧刻蚀、化学反应替代、热机械 处理以及添加中间过渡层等。然而，这些预处理方法虽然能够在一定程度上改善 金刚石薄膜与复杂形状硬质合金刀具基体之间的附着力，但是随着金刚石薄膜沉 积过程的延长，这些方法对于钴的抑制作用将逐渐减弱，效果并不理想。F.X.Lu 等人在《Diamond and Related Materials》2006年第15期第2039页发表的“Novel  pretreatment of hard metal substrate for better performance of diamond  coated cutting tools”一文中提出了通过对硬质合金刀具基体进行渗硼预处理 的方法提高金刚石薄膜的附着强度。该方法在硬质合金基体表面渗硼，使硼元素 与基体表层的钴元素发生化学反应生成稳定的硼钴化合物，从而阻止钴元素向基 体表层的扩散，抑制其对金刚石薄膜质量的影响，是一种提高膜-基附着强度的 新型预处理方法。然而，这种方法是在金刚石薄膜生长之前，在静态的条件下对 刀具基体进行渗硼处理，它虽然能够在一定程度上抑制刀具基体内部的钴元素向 表面扩散，但是该静态渗硼预处理的需要在高温条件下进行，不仅操作过程复杂， 耗时耗能，而且极易改变刀具的材料性能。此外，该方法同样无法在长时间高温 沉积金刚石薄膜的过程中有效抑制硬质合金基体内部钴元素向基体表面热扩散。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种刀具表面掺硼金刚石复合涂 层制备装置，能够保证金刚石复合薄膜与基体之间具有良好的附着强度，并且能 够有效改善金刚石薄膜的表面质量和均匀性，从而提高金刚石薄膜涂层刀具的使 用寿命和切削性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，通过利用热丝化学气相沉积装置，在复 杂形状硬质合金基体表面沉积了由不同掺硼浓度的金刚石薄膜复合而成的掺硼 金刚石复合薄膜。掺硼金刚石复合薄膜既具有良好的附着强度，又具有均匀的表 面质量。

本发明包括：反应罩、合金钻头、支撑台及冷却装置、直流偏压电源、热丝 电源、气压控制装置、耐高温弹簧、热丝和钻头支架，其中：合金钻头和耐高温 弹簧分别竖直设置于钻头支架上，热丝的两端分别与耐高温弹簧相连接，钻头支 架固定设置于支撑台及冷却装置上，反应装置固定设置于支撑台及冷却装置以及 钻头支架的外部并与气压控制装置相连接，直流偏压电源分别于热丝及反应罩外 壳相连，热丝电源的分别与热丝及耐高温弹簧相连。

所述的热丝共两根，该两根热丝位于合金钻头的两侧同一平面内、且成平行 等间距排列，两根热丝的两端相连接；

所述的热丝电源的加热温度为2000-2400℃；

所述的反应罩上设有气体入口和观察窗，其中：气体入口位于反应罩的顶部， 观察窗位于反应罩的侧面。

本发明通过以下步骤进行工作：