[发明专利]适用于金刚石涂层制备的硬质合金基体无损伤预处理工艺

说明书

本发明公开了一种适用于金刚石涂层制备的硬质合金基体无损伤预处理工艺，所述硬质合金基体的材质为碳化钨和钴，其特征在于，利用硬质合金基体中碳化钨和钴两种物质熔点不同的原理，采用激光烧蚀方法降低硬质合金基体表层的钴元素含量，消除钴元素在金刚石制备过程的催石墨化作用；然后利用超声粗化处理工艺，对激光烧蚀后的基体进行超声处理，使得基体表面粗化，提高金刚石颗粒与基体的机械锁合力，提高涂层与基体的结合强度。本发明在实现硬质合金基体表层钴元素的汽化去除的同时，不影响碳化钨的基体结构，有效避免酸溶液在化学腐蚀过程中，对硬质合金基体韧性损伤的问题。

技术领域

本发明属于涂层前的预处理技术领域，特别地是提供了一种适用于金刚石涂层制备的硬质合金基体无损伤预处理工艺方法。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)金刚石涂层具有接近天然金刚石的高硬度、高耐磨性、高热导率、低摩擦系数和良好的化学惰性等诸多优异性能。硬质合金由于其独特的机械物理性能，广泛应用于刀具和模具领域。为了进一步增加硬质合金制品的性能，在硬质合金表面沉积CVD金刚石涂层是工业常用的方法之一。

为了消除硬质合金中钴元素在金刚石涂层制备过程中的催石墨化作用以及提高薄膜与基体的结合强度，在制备金刚石涂层之前，必须对硬质合金基体进行预处理。目前国内外应用的预处理方法主要是“碱+酸”的两步法化学预处理。首先是用碱溶液(K₃[Fe(CN)₆+KOH+H₂O])对硬质合金基体进行超声处理，使得基体表面粗化，以提高金刚石颗粒与基体间的机械锁合力，提高薄膜与基体的结合强度。然后，用酸溶液(HCl+H₂O₂或H₂SO₄+H₂O₂)对已粗化的基体进行处理，去除基体表层的钴元素，消除钴元素在涂层沉积过程中的催石墨化作用。

然而，化学预处理会导致两个严重的问题，一是对基体的强度和韧性有明显的破坏作用；二是化学反应的可控性低，基体处理的腐蚀深度不可控。

经对现有技术的专利检索发现，已有的硬质合金基体制备金刚石涂层的预处理工艺，均是采用前述的“碱+酸”的两步法化学预处理方法。比如：中国专利申请号201610027985.6和201110028846.2，化学预处理方法损伤硬质合金基体的问题没有得到解决。

发明内容

本发明所要解决的问题是：现有硬质合金预处理工艺采用化学与处理，破坏基体的强度和任性，且化学反应可控性低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于金刚石涂层制备的硬质合金基体无损伤预处理工艺，所述硬质合金基体的材质为碳化钨和钴，其特征在于，利用硬质合金基体中碳化钨和钴两种物质熔点不同的原理，采用激光烧蚀方法降低硬质合金基体表层的钴元素含量，消除钴元素在金刚石制备过程的催石墨化作用；然后利用超声粗化处理工艺，对激光烧蚀后的基体进行超声处理，使得基体表面粗化，提高金刚石颗粒与基体的机械锁合力，提高涂层与基体的结合强度。

优选地，所述硬质合金基体中钴的质量含量为6％～8％。

优选地，上述工艺具体为：硬质合金基体依次经过第一次超声清洗、激光烧蚀表层脱钴、超声处理表面粗化、第二次超声清洗、吹干，成为预处理后的无损伤基体。

更优选地，所述第一次超声清洗所采用的洗涤剂为丙酮，超声的频率为40kHz。丙酮的纯度为分析纯。

更优选地，所述激光烧蚀表层脱钴采用激光发生器产生的激光束对硬质合金基体表面进行处理，激光束在硬质合金基体表面的热量所产生的温度介于钴与碳化钨的熔点之间；激光发生器的工作参数为：能量密度1.5～2.5J/cm²，脉冲宽度20～50fs。