[发明专利]金刚石涂层硬质合金刀具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具的制备方法，尤其是涉及一种金刚石涂层硬质合金刀具及其制备方法。

背景技术

在硬质合金刀具基体上沉积金刚石的一大难点就是钴(Co)的存在。由于碳(C)在钴(Co)中的溶解性大、扩散系数高，不利于金刚石形核，会促进石墨相的形成，严重影响涂层结合力，造成涂层生长困难和涂层易脱落。

目前常见的解决途径是在涂层前对刀具基体进行化学蚀钴(Co)处理。化学蚀钴(Co)的方法是利用化学试剂对硬质合金刀具基体进行蚀钴(Co)处理，去除表面钴(Co)元素，能够有效避免钴(Co)元素对金刚石形核及生长的影响。但该方式应用在硬质合金刀具上时存在较大缺陷，主要表现为表面蚀钴(Co)之后刀具基体强度大幅度下降，应用在微型硬质合金刀具上时由于强度的下降造成刀具极易断刀，严重影响了金刚石涂层微型刀具的使用性能。

因此，还需进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能金刚石涂层硬质合金刀具及其制备方法，该刀具能在消除钴元素对金刚石涂层的不利影响的同时兼顾刀具基体本身的强度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种金刚石涂层硬质合金刀具，包括：刀具基体和设置在该刀具基体表面的金刚石涂层，在所述刀具基体上设有过渡层。

还提供一种金刚石涂层硬质合金刀具的制备方法，包括：基体预处理步骤和金刚石沉积步骤；所述预处理步骤包括在刀具基体上形成过渡层。

本发明旨在进行金刚石涂层前，在刀具基体上制备过渡层，实现在不影响刀具本身强度的情况下有效阻止钴(Co)元素扩散，避免钴(Co)元素造成金刚石涂层形核及生长困难，从而达到获取高质量金刚石涂层的目的。采用过渡层的预处理方法由于不去除硬质合金的粘结相——钴(Co)，因此对刀具本身强度不会有影响。

附图说明

图1是第一种实施方式金刚石涂层硬质合金刀具制备方法的流程图；

图2是第一种实施方式金刚石涂层硬质合金刀具的放大示意图；

图3是第二种实施方式金刚石涂层硬质合金刀具制备方法的流程图；

图4是第二种实施方式金刚石涂层硬质合金刀具的放大示意图；

图5是第三种实施方式金刚石涂层硬质合金刀具制备方法的流程图；

图6是第三种实施方式金刚石涂层硬质合金刀具的放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明在进行金刚石涂层前，在刀具基体上制备过渡层，有两种途径实现：离子注入和物理气相沉积。过渡层预处理手段进行金刚石涂层流程可为三个途径：第一，离子注入-过渡层质量检验-金刚石涂层制备；第二，物理气相沉积过渡层-过渡层质量检验-金刚石涂层制备；第三，离子注入-物理气相沉积过渡层-过渡层质量检验-金刚石涂层制备。

第一实施方式包括以下步骤，如图1所示：

110、离子注入；

采用设备：高功率离子注入机；

真空度：1.0E-4～9.0E-2pa，优选1.3E-3pa；

离子注入能量：20～400kev，例如，58kev、96kev、134kev、172kev、210kev、248kev、286kev、300kev、324kev、362kev；刀具基体要求：注入前最好进行高度清洁、脱脂，利于离子注入步骤的进行；注入过程中要求旋转和换位，均匀的进行表面离子注入。

注入时间：不同材料注入速率、束流及能量不同，注入时间以过渡层达到后续检验要求为准。

注入材料：非金属材料-硅(Si)、硼(B)、磷(P)、氮(N)以及金属材料-钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、锡(Sn)、铬(Cr)、镍(Ni)。

硅(Si)离子注入硬质合金可改变刀具基体表面成分，降低钴(Co)元素蒸汽压，起到阻隔钴(Co)渗出影响金刚石形核，并且硅(Si)单质表面更易于金刚石形核和生长。硅离子的注入使硬质合金的部分WC共价键断裂，局部形成碳(C)元素富集，形成部分的碳化硅(SiC)，化合物的形成对于过渡层与刀具基体的结合比较有利。

硼(B)、磷(P)离子注入硬质合金刀具基体材料均易与钴(Co)元素形成稳定化合物，从而很大程度上降低了钴(Co)元素对金刚石形核的影响。

氮(N)离子注入采用气体作为激发材料产生等离子体，经高压场(如40kv以上)加速注入硬质合金刀具基体表面，针对不同钴含量硬质合金材料，适当控制注入量，实现硬质合金刀具基体表面改性。