[发明专利]多层金刚石涂层及其制备方法、涂层工具

说明书

技术领域

本发明属于真空镀膜技术领域，具体的说是涉及一种多层金刚石涂层及 其制备方法、涂层工具。

背景技术

金刚石具有高硬度(HV＝100Gpa)、导热性好、低摩擦、超耐磨、结 构稳定等特性，在力学、热学、电子学等领域具有广泛的应用前景。目前， 金刚石涂层多采用热丝化学沉积(HFCVD)法制备，工艺技术较为成熟、生 产成本低，适用于工业生产。但是，由于金刚石强的共价键特征以及HFCVD 的成涂层工艺特点，使得金刚石涂层存在涂层应力高、韧性差的缺点，降低 了金刚石涂层的使用性能。

随着金刚石涂层研究的不断深入，目前有多层金刚石涂层的报道，但是 已报道的多层金刚石涂层多是亚微米金刚石涂层或纳米金刚石涂层与超细 纳米金刚石涂层中的两种涂层作为多层结构。具体的如中国专利 CN1563479A中采用电子束辅助热丝化学气相沉积法，制备一种由纳米尺寸 的金刚石薄膜(NCD)和亚微米尺寸金刚石薄膜(MCD)交替沉积的多层结 构涂层。其中每层NCD厚度为0.01-0.08微米，MCD厚度为0.1-0.3微米。

再如中国专利CN103436855A中采用热丝化学气相沉积法制备一种微型 铣刀金刚石复合涂层，其通过控制沉积过程中气相沉积条件，使得亚微晶生 长期和超细纳米晶循环发生，从而形成金刚石亚微晶和超细纳米晶复合涂 层。

上述现有多层金刚石涂层中，纳米金刚石涂层和超细纳米金刚石涂层， 晶粒尺寸达到纳米量级使得表面粗糙度大为降低，展现出更好的减摩、耐磨 特性。尤其是，超细纳米金刚石涂层晶粒尺寸在几个纳米至几十个纳米之间， 使用其作为工具的外层，可以大大降低工具表面粗糙度，减小摩擦系数，提 高刀具耐磨性。同时，上述现有多层金刚石涂层由于层界面的增加使得涂层 单层厚度降低，可以减小涂层的弯曲应力；此外，层界面对裂纹具有偏转和 钝化作用，可以有效提高涂层的整体韧性。如中国专利CN103436855A保持 了刃口的锋利，明显改善加工效果，延长刀具使用寿命，减少换刀频率，提 高加工效率，降低加工成本。

但是，随着研究和应用的进一步深入，发现随着金刚石晶粒尺寸的减小， 涂层中的非金刚石相逐渐增多，硬度下降。而且现有多层金刚石涂层主要是 在亚微米金刚石涂层表面在镀上一层纳米金刚石涂层或者超细纳米金刚石 涂层的双层周期性多层复合涂层，这种制备方法以亚微米金刚石涂层为支持 层，支持层中存在非金刚石相，硬度及其耐磨性能较微米金刚石层有一定程 度的降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多层金刚石涂层 及其制备方法，以解决现有多层金刚石涂层硬度不高的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种涂层工具，以解决表面涂有现有多层金 刚石涂层工具由于现有多层金刚石涂层存在的硬度不高而导致工具耐磨性 不高和使用寿命短的技术问题。

为了实现上述发明目的，作为本发明的一方面，提供了一种多层金刚石 涂层。所述金刚石涂层包括至少一复合金刚石涂层结构单元，所述复合金刚 石涂层结构单元包括微米晶金刚石涂层和依次生长在所述微米晶金刚石涂 层表面的纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层。

作为本发明的另一方面，提供了一种多层金刚石涂层的制备方法，其包 括如下制备步骤：

将用于在其表面生成金刚石的基底进行表面预处理后置于金刚石悬浮 液中进行表面接种处理，取出后进行干燥处理；

将经干燥处理后的所述基底置于真空沉积腔体内，采用热丝化学气相沉 积法在所述基底表面至少一次的进行依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米 晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤。

作为本发明的又一方面，提供了一种涂层工具。所述涂层工具包括工 具本体，在所述工具本体的表面上还结合有本发明多层金刚石涂层，且位 于所述多层金刚石涂层端面的所述微米晶金刚石涂层与所述工具本体表面 结合。

与现有技术相比，本发明多层金刚石涂层以微米晶金刚石层为支持 层，并结合纳米晶金刚石层与超细纳米晶金刚石层的三层或以该三层为周 期性生长的多层复合涂层结构设计，有效提高了本发明多层金刚石涂层的 硬度和耐磨性，降低表面粗超度、摩擦系数和涂层应力，并提高涂层韧 性。