[发明专利]一种铜基体表面金刚石耐磨涂层的制备方法

说明书

本文发明公开了一种铜基体表面金刚石耐磨涂层的制备方法，首先将金刚石颗粒和强碳化物金属元素颗粒通过电泳沉积在基体表面弥散分布以制备电泳沉积层，然后在保护气氛下，对电泳沉积后的铜基体进行退火处理，使强碳化物金属元素颗粒与金刚石颗粒和铜基体间分别在界面处全部形成金属碳化物和金属化合物的高强度结合，再在退火后的基体上化学气相沉积一层金刚石涂层。本发明制作的耐磨涂层与基体的结合强度高，不易脱落，耐磨性高，抗腐蚀能力强，导热性好，制作周期短，工艺简单。

技术领域

本发明属于耐磨涂层技术领域，具体涉及一种铜基体表面金刚石耐磨涂层的制备方法。

背景技术

铜是一种机械加工性能优良、易焊接、热导率高、价格低廉的金属材料。然而，铜的表面耐磨性能差，在使用过程中易氧化等缺点限制了其在实际生产中的应用。如果能在铜上沉积一层致密的金刚石涂层，不仅能增强铜基体的摩擦磨损性能，还能利用金刚石涂层的化学稳定性来提高基体的耐腐蚀性能，在制备高性能耐磨工具和切削工具上具有广阔的应用前景。

然而，铜是非强碳化物形成元素，金刚石和铜的亲和性很差，且二者的热膨胀系数差异很大，使得在铜基体表面沉积金刚石十分困难，无法获得高强度的结合界面，沉积或使用过程中金刚石层极易脱落开裂，难以发挥金刚石涂层的优异性能。因此，增强铜基体和金刚石涂层间的结合力是在铜上制备高性能金刚石涂层的关键。

目前主要采用Cu基体合金化和在Cu表面沉积过渡层的方法，来改善铜基体和金刚石涂层的结合强度。Cu基体合金化是指将铜与其他与金刚石结合性能好的金属制备为合金，从而提高铜基体和金刚石涂层的结合强度，Wan 团队等人研究了在Cu–W和Cu–WC基体上气相沉积金刚石涂层，通过在铜中掺杂钨或者碳化钨来提高基体与金刚石的结合强度“Plasma enhanced chemical vapor -deposition of diamond coatings on Cu–W andCu–WC composites”载于《Surface  Coatings Technology》284 (2015) 133–138。该方法的缺陷是，Cu–W和Cu–WC对化学气相沉积金刚石涂层结合力的影响受基体元素含量的影响较大，并且合金的制备成本较高，在使用的过程中仍存在较大的局限性。Cu表面沉积过渡层是指在铜与金刚石涂层的界面处沉积一层与铜和金刚石都具有较高结合性能的过渡层来提高铜基体和金刚石涂层的结合强度，中国专利申请号CN2019109

64078.8提出了一种Cu基CVD金刚石热沉片及其制备方法，通过在铜与化学气相沉积的金刚石层间磁控溅射上一层金属过渡层从而提高铜与金刚石层的结合强度，然而在金属过渡层上直接生长的金刚石内部应力较大，在受到外力的时候易脱落开裂。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种铜基体表面金刚石耐磨涂层的制备方法。通过该方法能够在铜基体上获得结合强度高、耐磨性能好、制备速率快、机械强度高的金刚石耐磨涂层。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种铜基体表面金刚石耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：

1）电泳沉积：将铜基体打磨光滑清洗干净后置于强碳化物金属元素颗粒和金刚石颗粒的电泳溶液中，在铜基体上沉积一层金属颗粒与金刚石颗粒弥散分布的电泳沉积层；

2）退火：将步骤1）电泳沉积后的铜基体退火后冷却至室温，使金属颗粒与金刚石颗粒之间形成金属碳化物界面层，金属颗粒和铜基体间形成金属扩散层；

3）化学气相沉积金刚石涂层：在步骤2）退火后的铜基体上化学气相沉积一层金刚石涂层。

进一步的，步骤1）的电泳沉积中，金刚石颗粒的粒度为5 nm～100 nm，强碳化物金属元素颗粒的粒度为30 nm～150 nm。