[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

说明书

本发明涉及一种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，对样品表面进行喷砂、洁净处理，为超声研磨植晶阶段中金刚石微粒的高密度、均匀化以及生长的金刚石涂层的机械铆合“镶嵌”效应提供理想的基础，提高了植晶均匀性和“镶嵌”效应，选择高铝含量的三元氮化物涂层作为插入层，插入层高温稳定、不会与周围介质反应、对钴的固溶度几乎为零，插入层的热膨胀系数介于金刚石涂层和硬质合金基体之间，可有效地抑制硬质合金基体中的钴元素向外扩散，提高金刚石涂层形核的界面强度和金刚石涂层的质量，以有效提高金刚石涂层的膜基结合力及金刚石涂层自身的质量。

技术领域

本发明涉及硬质合金表面处理技术领域，特别是涉及一种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。

背景技术

随着先进制造业的快速发展，有色金属及合金、复合材料、石墨以及陶瓷等新材料被广泛应用，因此对硬质合金工模具的要求越来越高，硬质合金工模具表面涂敷金刚石涂层已经成为研究热点。但是金刚石涂层同硬质合金间的膜基结合力弱，导致使用过程中金刚石涂层易于剥落，从而难以发挥金刚石涂层的优异性能，这成为了行业内的共性技术难点。

针对钴粘结的含钴硬质合金，影响膜基结合力和金刚石涂层质量的关键在于有效控制钴在金刚石沉积过程中的扩散。目前，解决高温下钴扩散的方式，包括酸碱浸蚀两步法去除表面钴、将表面钴转变为高温稳定相以及在沉积金刚石涂层前在硬质合金表面插入中间层等。插入的中间层主要为难熔金属单质，Ti、Cr、Zr、W、Mo、Nb、Ta、V、Hf等的二元碳化物或氮化物及其混合结构,也包括Al₂O₃，SiC，SiO₂，Si₃N₄化合物等。

在沉积金刚石涂层前在硬质合金表面插入中间层的方法虽然在一定程度上有助于提高金刚石的结合力，但在使用过程中金刚石涂层过早剥落的现象依然十分突出。经过对难熔金属单质、二元碳化物或氮化物插入中间层对金刚石的植晶、形核、生长阶段组织结构的影响进行了较系统的深入研究，发现金刚石形核、生长过程中界面处的二元/三元化合物分解、界面反应、过渡层同基体及金刚石间的热膨胀差异导致界面缺陷产生，从而为硬质合金中钴向金刚石生长界面扩散提供了快速通道。这严重影响了金刚石涂层的膜基结合强度及金刚石涂层自身的质量。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以有效提高金刚石涂层的膜基结合力及金刚石涂层自身的质量的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。

一种含钴硬质合金表面制备金刚石涂层的方法，包括以下步骤：

对硬质合金样品的表面进行喷砂处理；

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；

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；

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。

在其中一个实施例中，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。

在其中一个实施例中，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。