[发明专利]一种由渗氮烧结基体与微波涂层直接结合的金刚石涂层梯度硬质合金刀具的制备方法

说明书

本发明涉及硬质合金刀具技术领域，具体为一种由渗氮烧结基体与微波涂层直接结合的金刚石涂层梯度硬质合金刀具的制备方法。本发明通过调整复合粉料的组成并将高能球磨与高温反应相结合，反应温度控制在1000℃左右即可实现生成纳米(Ti，W)C‑Ni‑Co‑V‑Cr‑Mo复合粉料；用所述复合粉料烧结基体时，通过真空和渗氮两步烧结，且控制真空烧结在390‑410℃区间的升温速率，可烧结得到能够直接在其上制作CVD金刚石涂层的基体，无需对基体进行预处理制作过渡层，且涂层与基体的结合性好。

技术领域

本发明涉及硬质合金刀具技术领域，尤其涉及一种由渗氮烧结基体与微波涂层直接结合的金刚石涂层梯度硬质合金刀具的制备方法。

背景技术

涂层硬质合金通常是在硬质合金基体上涂覆超硬材料层，进而综合硬质合金基体具有良好韧性、强度以及抗冲击性能和超硬材料层具有高耐磨性、高硬度、优异的抗高温氧化性能等优势。目前，涂层硬质合金的发展日新月异，涂层硬质合金的牌号更是层出不穷，尤其在涂层工艺、涂层结构与成分、以及硬质合金基体中Co对涂层的影响等报道研究非常丰富。在涂层工艺与性能不断取得优化的同时，对硬质合金基体提出了更为苛刻的要求。这是由于涂层硬质合金的性能在很大程度上取决于涂层与硬质合金基体的匹配性能。

为了改善与金刚石涂层之间的匹配性能，硬质合金应具有以下3方面的要求：1)具有足够的刚度，在受到载荷或冲击时，应变不能太大，否则容易引发涂层的剥落；2)基体的热膨胀系数与相应涂层材料的热膨胀系数相近，否则在作业过程中产生的热应力过大而导致涂层开裂或失效；3)硬质合金基体或者是基体表层的材料成分要与相应涂层材料的成分具有相容性，否则将不利于涂层材料的生长，尤其是对于金刚石涂层的形核与长大。对于要求1)具有足够的刚度这个较容易满足，即使是普通的硬质合金，通过降低Co含量与细化WC晶粒均能较好的满足要求；对于要求2)相近的热膨胀系数，由综述可知，这对于传统的WC-Co硬质合金具有较大的压力，而双层结构多元梯度硬质合金则具有潜在的优势；对于要求3)，传统的WC-Co 硬质合金主要是WC、Co和可能产生的第三相(游离C或η相)，因而难以实现在成分上进行调整而形成与涂层相匹配的基体。

CVD金刚石涂层已经有20余年的发展历程，主要在逐渐解决3个关键性的技术难点：1)是要保证硬质合金基体上CVD金刚石薄膜本身的质量； 2)是金刚石膜的成核与生长；3)是金刚石薄膜与硬质合金基体之间的结合强度。对于技术难点1)，目前已经能制备性能非常优异的纳米金刚石薄膜；对于技术难点2)，传统WC-Co硬质合金的粘结相主要是Co，在沉积金刚石过程中，C元素在Co中具有较好的溶解度和较高的扩散系数，非常不利于金刚石薄膜的成核，目前采取的措施是在涂层前对硬质合金表面的Co进行预处理或者通过沉积过渡层的方式避开Co的影响；对于技术难点3)，主要是通过PVD或CVD等设备制备具有特定性能的过渡层，以缓解硬质合金与金刚石薄膜之间的热膨胀系数差异。通过在基体上沉积过渡层后再制备微波金刚石膜，虽可解决金刚石膜的成核与生长问题，及解决金刚石膜与硬质合金基体之间的结合强度问题，但这会增加额外的工艺流程，不利于投产应用，降低成本。