[发明专利]一种硬质合金基体及其表面的预处理方法

说明书

本发明公开了一种硬质合金基体及其表面的预处理方法，涉及材料表面预处理技术领域。本申请提供的一种硬质合金基体表面的预处理方法，硬质合金基体用于沉积金刚石涂层，硬质合金基体的材质包括WC和Co，WC的溅射产额低于Co的溅射产额；预处理方法包括对硬质合金基体进行电弧增强型辉光放电等离子体刻蚀处理以优先刻蚀Co。本申请中通过先刻蚀溅射产额较高的Co元素，Co优先被去除并形成凹坑，避免Co元素催化后续金刚石涂层沉积中C元素的石墨化，同时被AEGD刻蚀后的硬质合金基体表面的微观不平整还能增加基体与种晶的纳米金刚石粉的咬合强度，并提升涂层与基体的接触面积，引起铆接效应，提升膜基附着性能。

技术领域

本发明涉及材料表面预处理技术领域，具体而言，涉及一种硬质合金基体及其表面的预处理方法。

背景技术

随着我国先进制造业的发展以及对材质轻量化、高比强度的要求日益提高，碳纤维增强复合材料因其比强度高、比刚度高、抗疲劳性能好、耐腐蚀及可设计性强等优点，被越来越广泛的应用到航空航天、5G智能装备、轨道交通等行业的零部件中。但是，碳纤维增强复合材料因其强度高、硬度高，层间剪切强度低和导热系数低、材料摩擦系数稳定，耐磨性优良等特点，非常难以被加工。此外，坚硬的碳纤维对刀刃产生极高的磨蚀磨损，高速钢和硬质合金刀具在加工碳纤维增强复合材料时磨损严重，刀具使用寿命和工件的加工表面质量等指标都难以满足要求。

化学气相沉积(CVD)技术制备金刚石涂层具有极高的硬度、优异的耐磨损性能、较低的摩擦系数、高化学惰性和低黏附效应等优异性能。CVD金刚石涂层刀具因其具有以上众多的优越性能，是加工碳纤维增强复合材料的理想刀具。由于优良的热硬性和韧性，钨钴类硬质合金被广泛用作金刚石涂层刀具的基体材料，但是在HFCVD沉积金刚石涂层时，硬质合金基体中Co元素在高温下会迅速扩散到涂层中，催化C元素石墨化进而降低膜-基结合强度。因此，在沉积金刚石涂层之前，必须对硬质合金基体进行预处理以去除其表面的钴。早在20世纪90年代，M.G.Peters提出的“碱-酸”两步法化学刻蚀法受到国内外学者的广泛应用。“碱-酸”刻蚀是指采用Murakami溶液刻蚀WC相，再用酸溶液刻蚀Co，增强基体表面的粗糙度，降低Co含量。但是，在已有文献和现有技术中，“碱-酸”刻蚀不仅无法有效地保证溶液配比过程中的重复性和再现性，较难实现大批量生产。同时，酸碱刻蚀容易使基体产生脆弱层，降低基体表面的硬度和韧性，最终降低基体-涂层的整体性能。此外，不同牌号的钨钴类硬质合金中Co和WC的含量和分布差异性较大，针对不同牌号的钨钴类硬质合金进行“碱-酸”刻蚀时，需要配制不同成分、配比的溶液，普适性很差。不仅如此，“碱-酸”刻蚀会产生有毒有害的腐蚀性废液，污染环境，增加后续治理成本。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬质合金基体表面的预处理方法，其先刻蚀溅射产额较高的Co元素，Co优先被去除并形成凹坑，避免Co元素催化后续金刚石涂层沉积中C元素的石墨化，同时被AEGD刻蚀后的硬质合金基体表面的微观不平整还能增加基体与种晶的纳米金刚石粉的咬合强度，并提升涂层与基体的接触面积，引起铆接效应，提升膜基附着性能。

本发明的目的在于提供一种硬质合金基体，其表面粗糙度保持在400nm以下，硬质合金基体与金刚石涂层的机械咬合力强。

本发明的目的在于提供一种硬质合金基体沉积金刚石涂层的方法，其可以有效沉积金刚石涂层。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种硬质合金基体表面的预处理方法，所述硬质合金基体用于沉积金刚石涂层，所述硬质合金基体的材质包括WC和Co，所述WC的溅射产额低于所述Co的溅射产额；

所述预处理方法包括对硬质合金基体进行电弧增强型辉光放电等离子体刻蚀处理以优先刻蚀所述Co。

第二方面，本发明提供一种硬质合金基体，其采用如前述实施方式任一项所述的硬质合金基体表面的预处理方法对硬质合金基体的表面进行预处理。