[发明专利]一种带有导电金刚石涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明涉及一种带有导电金刚石涂层刀具及其制备方法，所属制备方法包括以下步骤：步骤1：采用酸性试剂对切削刀具进行清洁，常温下风干备用；步骤2：将步骤1清洁后的切削刀具放入真空加热设备中，所述真空加热设备中事先放入蒸发源材料，加热所述真空加热设备，所述蒸发源材料产生气态物质，对切削刀具进行表面修饰；步骤3：将步骤2中经过表面修饰的切削刀具放入CVD金刚石沉积炉中，切削刀具表面形成导电金刚石涂层。本发明提供的带有导电金刚石涂层刀具的制备方法，可以获得结合性能优良的金刚石涂层，且导电性优良，通过工艺调控可以对涂层的颗粒尺寸和金刚石含量进行调整，便于根据客户需求进行定制设计，具有较好的运用前景。

技术领域

本发明涉及特种刀具制备技术，尤其是一种带有导电金刚石涂层刀具及其制备方法。

背景技术

切削刀具是机械制造中用于切削加工的工具，现有的刀具材料包括金属、陶瓷、硬质合金等，随着航空航天、汽车、高速列车、风电、电子、能源、模具等装备制造业的发展，对数控机床和加工中心等设备的要求越来越高，切削刀具作为切削加工设备的重要部件，不但要求刀具可靠性高、切削性能好、能稳定地断屑和卷屑、还要能达成高精度，并能实现快换或自动更换等。因此，对刀具材料、刀具结构、以及刀具的装夹都提出了更高要求。

金刚石涂层技术是刀具改良的方法之一，包括热丝化学气相沉积、微波等离子体化学气相沉积、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积等技术。例如，中国发明专利CN106086886A公开了一种自润滑二硼化钛(TiB2)/类金钢石(DLC)硬质涂层及其制备方法。所述TiB2/DLC硬质涂层是采用双极脉冲磁控溅射沉积技术在基底上将TiB2陶瓷层与DLC层周期性相互叠加而成，TiB2/DLC硬质涂层的调制周期为15～60nm，涂层总厚度为1.2～1.4μm。上述方案TiB2/DLC硬质涂层综合了TiB2和DLC各自的优点，然而TiB2和DLC的结合性差，涂层不耐磨，限制了该技术在精密加工中的运用。

对于涂层刀具来说，涂层之间、涂层与刀片基体之间的附着强度以及薄膜的表面特性是影响其工作寿命及加工性能的决定性因素。由于金刚石涂层在硬质合金刀片基体上的存在附着力较差，很容易从基体上脱落，严重影响了金刚石涂层刀片的切削性能和使用寿命，而其中一个关键因素就是硬质合金基体中钴的存在。目前主要采用化学处理法从硬质合金基体中脱钴，此方法虽然能够有效的去除刀片表面的含钴量，提高结合强度，然而难以控制除钴量和深度，容易降低基体材料的机械性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中金刚石涂层不导电、与刀具基材结合性差的问题，提供一种带有导电金刚石涂层刀具的制备方法，通过酸性试剂结合蒸发源材料对刀具表面进行修饰，形成金属化合物层，获得有利于金刚石沉积的表面结构；在CVD金刚石沉积阶段，利用还原性气体，金属化合物层被还原，同步进行金刚石沉积，形成可调控的微米金刚石涂层或者纳米金刚石涂层。

本发明还保护所述制备方法获得的带有导电金刚石涂层刀具，表面金刚石涂层的厚度为0.1-20μm，导电率为0.5-1.5S/m，硬度高，磨损率低。优选地，厚度为5-15μm，导电率为1-1.5S/m。

本发明中切削刀具的材质为铁、不锈钢、硬质合金或者铜，并且对钴含量没有限制，优选地，钴含量为0.1-10wt％的不锈钢、硬质合金等皆可以完成制备。

本发明步骤1中酸性试剂对刀具表面进行除油、除垢，优选弱酸性试剂，避免损害基体，经过酸性试剂清洗后的刀具表面带有酸性活泼基体，非常有利于无机单质或者无机化合物与之结合形成反应界面，降低气态物质修饰的阻力。