[发明专利]一种金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法

权利要求书

1.一种金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：首先使用有机粘结剂将金刚石颗粒均匀粘附在工件材料表面；然后采用双辉等离子体表面合金化法，选用能够与碳反应生成碳化物的金属为靶材，去除粘结剂的同时在粘附有金刚石粉的工件表面制备金刚石/金属渗镀层；再借助双辉离子轰击处理使渗镀层表层的金刚石颗粒部分裸露在外；最后利用化学气相沉积法使裸露的金刚石颗粒长大，并将渗镀层中的金属转化为金属碳化物，最终获得金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层。

2.根据权利要求1所述金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）粘附金刚石颗粒：先清洁工件表面，去除表面污垢及氧化膜，然后将有机粘结剂均匀地涂在工件表面，随后利用震荡筛将金刚石颗粒抛洒在涂有有机粘结剂的工件表面，使金刚石颗粒均匀地粘在工件表面，最后在80~200 ℃干燥箱中烘干；

（2）制备金刚石/金属渗镀层：将表面粘附金刚石颗粒的工件置于双辉等离子体表面合金化装置的样品台上，选用能够与碳反应生成碳化物的金属为靶材，并控制工件上表面与靶材下表面之间的距离10~40 mm，待装置的背底真空抽至0.01 Pa以下时，通入氩气，气体流量为20~150 sccm，调节装置内的气压值到30~350 Pa，打开源极和阴极电源，将阴极电压调整至200~600 V，同时调整源极电压，使其高于阴极电压100~400 V，工件温度维持在600~1200 ℃，对工件表面进行金属渗镀处理，时间为0.5~3 h，渗镀完成后随炉冷却，在工件表面获得金刚石/金属渗镀层；

（3）双辉离子轰击处理：渗镀结束后保持氩气的通入流量不变，将源极和阴极电压值反转，即源极电压调整至200~600 V，同时调整阴极电压，使其高于源极电压100~400 V，控制工件温度仍保持在600~1200 ℃，对制备的渗镀层进行双辉离子轰击处理，时间为1~60min，将覆盖在表层金刚石颗粒表面的金属去除，处理完成后随炉冷却，得到表层金刚石颗粒部分裸露在外的金刚石/金属渗镀层；

（4）制备金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层：采用化学气相沉积法以由氢气和含碳气体组成的混合气体或由氢气、氩气和含碳气体组成的混合气体为先驱体，使裸露于渗镀层表面之外的金刚石颗粒长大，同时将渗镀层中的金属转化为金属碳化物，在工件表面获得金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层。

3.根据权利要求2所述的金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述工件包括硬质合金、不锈钢、钛或钛合金、镁或镁合金、铝或铝合金、铜或铜合金、高熵合金中的一种。

4.根据权利要求2所述的金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述金刚石颗粒的晶粒尺寸范围为1 nm~100 μm。

5.根据权利要求2所述的金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述能够与碳反应生成碳化物的金属包括W、Mo、Ti、Ta、Cr、Hf、Nb、Zr、Re、V中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述的化学气相沉积法包括热丝化学气相沉积法、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法、微波等离子体化学气相沉积法中的一种。

7.根据权利要求2所述的金刚石/金属碳化物复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述的含碳气体包括CH₄、C₂H₂、C₃H₈中的一种。