[发明专利]一种在WC-Co硬质合金表面沉积金刚石薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种在WC‑Co硬质合金表面沉积金刚石薄膜的方法，本发明在WC‑Co硬质合金表面涂层金刚石薄膜时，利用介质阻挡放电等离子体放电脱碳还原法，对由WC‑Co硬质合金材料制备的有孔的工件内壁进行脱碳还原处理，以增强孔内金刚石薄膜的附着力的方法。采用本发明方法操作简单，不限制于硬质合金衬底材料内孔形状，而且制备的金刚石涂层附着性能良好，应用领域十广泛。

技术领域

本发明属于金刚石薄膜沉积领域，具体涉及一种在WC-Co硬质合金表面沉积金刚石薄膜的方法。

背景技术

介质阻挡放电等离子体放电技术是一项比较成熟的技术，它突破了传统低温等离子体应用存在的局限性，可以在较高的气压下，实现等离子体放电，且放电方式多样化。放电时产生大量活性粒子，能够到达被处理物表面，在等离子体表面改性领域应用广泛。

WC-Co硬质合金材料是目前使用非常广泛的材料，具有优异的耐磨性、耐腐蚀性，常用作刀具、模具以及耐磨、硬度高的工件的制作。然而，随着生产技术的不断创新与发展，采用传统的硬质合金工件难以满足某些特定环境下的使用需要，比如切削高硬度材料、耐磨损材料等，喷枪喷射管道等。金刚石具有优异的性能，如高的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性。粒状形态限制了其使用范围，通过化学气相沉积法制备的金刚石膜则大大扩展了金刚石的应用范围。在刀具、模具表面涂金刚石膜可大幅提高工件的使用寿命，也能提高耐化学腐蚀性。要实现这些应用必须解决金刚石薄膜在硬质合金表面的附着力问题。

针对这个问题，很多学着进行深入广泛的研究，发现很多提高金刚石膜附着力的方法。其中一种有效方法就是在还原性H等离子体中对表面WC进行脱碳还原，通常使用的是微波等离子体，在几个千帕的压力下进行。但这种方法有着很大局限性，主要是微波放电的缘故，只能处理平板结构的工件，不能处理异形结构的表面，也不能处理内孔。

发明内容

针对现有等离子体处理的这种缺点。本发明的目的在于提供一种在WC-Co硬质合金表面沉积金刚石薄膜的方法。本发明利用介质阻挡放电，通过高频放电产生的等离子体来代替微波等离子体进行处理，在内表面沉积附着力良好的金刚石膜。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种在WC-Co硬质合金表面沉积金刚石薄膜的方法，包括以下步骤：

对WC-Co硬质合金需要沉积金刚石薄膜的表面进行预处理，然后用还原性的介质阻挡放电等离子体射流刻蚀所述表面，最后通过气相沉积法在刻蚀好的表面沉积金刚石薄膜即可。

优选的，所述预处理的方式为：将WC-Co硬质合金需要沉积金刚石薄膜的表面放入强酸性溶液中进行腐蚀处理，将腐蚀好的合金放入无水乙醇与金刚石粉末混合溶液中超声处理10min～30min，最后再次放入无水乙醇中清洗并干燥。

优选的，所述金刚石粉末的大小为10um-20um。

优选的，所述无水乙醇与金刚石粉末混合溶液中金刚石粉末在无水乙醇中的质量体积比为0.1～0.3g/mL。

优选的，所述强酸性溶液为体积分数1～5％的硫酸溶液或硝酸溶液。

优选的，所述还原性的介质阻挡放电等离子体的电气压为20KPa-100KPa。

优选的，所述还原性的介质阻挡放电等离子体是由H₂/Ar混合气体激发电离产生的。

优选的，所述H₂/Ar混合气体中H₂所占的比例为2～5％。

优选的，所述还原性的介质阻挡放电等离子体的输出功率为200w-600w，所述还原性的介质阻挡放电等离子体射流刻蚀的处理时间2min-10min。

优选的，所述气相沉积法为热丝化学气相沉积。