[发明专利]含钴硬质合金表面制备金刚石涂层的方法及具有金刚石涂层的工模具

权利要求书

1.一种含钴硬质合金表面制备金刚石涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

对硬质合金样品的表面进行喷砂处理，具体包括，依次对硬质合金样品的表面实施干喷砂和湿喷砂，以获得表面粗糙度Ra为0.3μm-0.4μm；

对经过喷砂处理后的硬质合金样品的表面进行洁净处理；

采用物理气相沉积方法在洁净处理后的硬质合金样品的表面沉积高铝含量的三元氮化物涂层作为插入层，具体包括，将经过喷砂处理后的硬质合金样品置入真空镀膜装置，采用磁控溅射或多弧离子镀沉积高温下稳定的Al-Cr-N或Al-Ti-N三元系涂层，真空室温度400℃-600℃，其中，所述插入层的厚度范围为0.5μm-1.0μm，所述高铝含量的三元氮化物涂层中铝的含量为55at%-70at%；

将沉积有插入层的硬质合金样品置于含金刚石粉体的悬浮液中超声研磨植晶，其中，悬浮液中金刚石粉体：乙二醇：乙醇的比例为5g-20g：5ml-10ml：1000ml，超声频率为25KHz-30KHz，超声强度为30W/L-50W/L；

采用热丝化学气相沉积法在植晶处理后的硬质合金样品表面制备金刚石涂层，插入层的热膨胀系数介于金刚石涂层与硬质合金之间，具体包括，将植晶处理后的硬质合金样品置于热丝化学气相沉积装置中；其中，采用甲烷：氢气的混合工作气体按质量流量百分比为2%：98%，样品表面温度750℃-850℃，生长气压1KPa-5KPa导入反应腔室；生长金刚石涂层厚度2μm-8μm。

2.根据权利要求1所述的含钴硬质合金表面制备金刚石涂层的方法，其特征在于，步骤对硬质合金样品的表面进行喷砂处理前还包括：

对硬质合金样品的表面进行抛光处理。

3.根据权利要求1所述的含钴硬质合金表面制备金刚石涂层的方法，其特征在于，实施干喷砂和湿喷砂时，喷枪枪口与硬质合金样品表面的间距为45mm-55mm，喷射角为85°-95°，干喷砂采用320目白刚玉砂，喷砂压力为0.30MPa-0.40MPa，时间60s-120s；湿喷砂采用600目白刚玉砂，喷砂压力0.20MPa-0.40MPa，时间90s-150s。

4.根据权利要求1所述的含钴硬质合金表面制备金刚石涂层的方法，其特征在于，步骤对经过喷砂处理后的硬质合金样品的表面进行洁净处理具体包括：

采用超声波方式去除喷砂处理后的硬质合金样品表面的油污与残留砂粒，超声频率为25KHz-30KHz，超声强度为20W/L-30W/L，超声时间为20min-30min。

5.根据权利要求1所述的含钴硬质合金表面制备金刚石涂层的方法，其特征在于，步骤将沉积有插入层的硬质合金样品置于含金刚石粉体的悬浮液中超声研磨植晶后还包括：

将经过研磨植晶后的硬质合金样品置于纯乙醇中再次超声，超声频率为25KHz-30KHz，超声强度为30W/L-50W/L，超声时间为10min-20min，以去除硬质合金表面不牢固的金刚石颗粒。

6.一种具有金刚石涂层的工模具，其特征在于，包括：

硬质合金基体，通过对硬质合金基体表面实施干喷砂和湿喷砂，使得所述硬质合金基体的表面粗糙度Ra为0.3μm-0.4μm；

插入层，沉积于所述硬质合金基体的表面，所述插入层为高铝含量的三元氮化物涂层，所述插入层的厚度范围为0.5μm-1.0μm，所述高铝含量的三元氮化物涂层中铝的含量为55at%-70at%；插入层的制备过程包括：将经过喷砂处理后的硬质合金基体置入真空镀膜装置，采用磁控溅射或多弧离子镀沉积高温下稳定的Al-Cr-N或Al-Ti-N三元系涂层，真空室温度400℃-600℃；及

金刚石涂层，通过超声研磨植晶的方式结合热丝化学气相沉积法沉积在所述插入层背向于所述硬质合金基体的表面，所述金刚石涂层的厚度范围为2μm-8μm，所述插入层的热膨胀系数介于所述金刚石涂层与所述硬质合金基体之间；金刚石涂层的制备过程具体包括，将沉积有插入层的硬质合金样品置于含金刚石粉体的悬浮液中超声研磨植晶，将植晶处理后的硬质合金样品置于热丝化学气相沉积装置中，采用甲烷：氢气的混合工作气体按质量流量百分比为2%：98%，样品表面温度750℃-850℃，生长气压1KPa-5KPa导入反应腔室；其中，所述悬浮液中，金刚石粉体：乙二醇：乙醇的比例为5g-20g：5ml-10ml：1000ml，超声频率为25KHz-30KHz，超声强度为30W/L-50W/L。