[发明专利]表面沉积有WC/W复合涂层的金刚石颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石颗粒，属金刚石颗粒表面涂覆新技术领域。本发明尤其适用于W-Co类硬质合金为基的金刚石工具。主要涉及到双阴极等离子溅射沉积技术、界面反应原位合成以及沉积材料种类。

背景技术

由于具有高硬度、高强度，高耐磨性以及线膨胀系数小等一系列优异的物理化学特性，金刚石在磨削加工领域得到日愈广泛的应用,如可以制造多种工具如刀具、砂轮、磨具等。金刚石工具通常以金刚石颗粒为切磨材料，借助于结合剂及其他辅助材料制成的具有一定形状、性能和用途的制品。由于金刚石本身的特性，其与常规的金属胎体及钎料不侵润，金刚石颗粒与基体之间的连接方式以孕镶或包覆等物理方式为主，导致金刚石颗粒容易从金刚石工具的基体上脱落，造成金刚石的非正常失效,降低了金刚石工具的切割效率和使用寿命。同时，由于脱落的金刚石不能得到回收利用，又造成了金刚石颗粒的极大浪费。尤其是，当制造以W-Co类硬质合金为基的金刚石工具时，由于金刚石和钴的相互作用，在金刚石和胎体的连接处出现碳的富集。由于在金刚石裂纹处有含钴的铜合金熔化，使金刚石表面发生溶解，析出细小弥散的石墨，并无新相产生。随着石墨数量的增加，石墨富集处的强度降低。特别是在周期性载荷作用时，石墨薄层是应力集中的地方，与原WC-Co合金相比，强度降低到原来的1/2以下。

目前，国内外一般采用在金刚石表面镀覆金属的方法来降低金刚石与胎体的界面能，常用方法有化学镀再电镀、盐浴镀、真空微蒸发镀、物理和化学气相沉积等，这些方法虽然已经取得了一定的效果，但还存在着一些不足。普通的物理气相沉积包括热蒸发镀、磁控溅射镀、离子镀等，存在工艺复杂、单次镀覆量少、镀后镀层与金刚石之间只是物理附着而没有与金刚石表面形成碳化物等问题，在工具制造的热压短时间内，难于大面积的化合物键合，所以使用效果不明显。而简单的金属粉末覆盖镀覆化学气相沉积以及盐浴镀覆方法，镀覆过程金刚石受热达到850℃以上，即使在高真空条件下，金刚石的强度也会明显下降，失去工业应用价值。目前应用较广泛的真空微蒸发镀覆技术同样需要较高的沉积温度，且镀覆的种类有限（仅限于镀Ti）,所使用的原材料中含有一定的有毒元素三氯化钛易污染环境。

发明内容

解决的技术问题：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种在金刚石表面合成WC/W纳米复合涂层的方法以及按照此方法合成的表面有WC/W纳米复合涂层的金刚石颗粒。通过采用双阴极等离子溅射沉积技术，在金刚石颗粒表面合成WC/W纳米复合涂层，提高W-Co类硬质合金为基的金刚石工具中金属胎体对金刚石磨粒的把持力，提高了金刚石工具的锋利度与耐磨度。

技术方案：

本发明采用双阴极等离子溅射沉积技术，在金刚石表面合成WC/W纳米复合涂层。

本发明是通过以下方式来实现的：

一种表面沉积有WC/W复合涂层的金刚石颗粒的制备方法，包括如下步骤：利用双阴极等离子溅射沉积法在金刚石颗粒表面形成金属涂层，使用溅射的靶材材料为W，其中金属涂层外层为W层，内层为WC层。

所述的表面沉积有WC/W复合涂层的金刚石颗粒的制备方法，其中溅射沉积法的工艺参数是：靶材电压820-1000V，电流3.5-5.5A，料盘电压360-450V，靶材与料盘间距为12-18mm，工作气体为氩气，气压为32-42Pa，料盘温度600℃，沉积时间为2-3小时。

所述的表面沉积有WC/W复合涂层的金刚石颗粒的制备方法，在进行溅射沉积之前，分别使用质量百分比为10%的NaOH溶液和5%的HNO₃溶液对金刚石进行煮沸、漂洗。

一种表面沉积有WC/W复合涂层的金刚石颗粒，其中金刚石表面依次覆盖有WC层和W层，WC层的晶粒尺寸是30-50nm，W层晶粒的尺寸是70-200nm；WC层和W层的总厚度为0.2-1μm。

所述的表面沉积有WC/W复合涂层的金刚石颗粒，其复合涂层W层呈柱状晶结构，WC层为等轴状的晶粒结构。

所述的表面沉积有WC/W复合涂层的金刚石颗粒在W-Co类硬质合金为基的金刚石工具中的应用。

本发明在金刚石颗粒表面合成WC/W的纳米复合涂层是采用原位合成的原理，原位反应是利用不同元素或化学物之间在一定条件下发生化学反应，在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的目的。通过这种方法制备的复合材料，增强体是在金属基体内形核自发长大，因此，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好，界面结合强度较高。同时，不像其它复合材料，省去了繁琐的增强体预处理工序，简化了制备工艺。