金剛石涂層用復合基體及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種金剛石涂層用復合基體，包括：硬質合金基體、形成在所述硬質合金基體上的TiAlCN層和沉積在所述TiAlCN層表面的類金剛石層。本發明專利技術還提供一種上述金剛石涂層用復合基體的制備方法，包括：先清洗硬質合金基體，再在所述硬質合金基體上進行鍍膜處理，其中，所述鍍膜處理包括依次在所述硬質合金基體上鍍TiAlCN層和類金剛石層。本發明專利技術提供的上述金剛石涂層用復合基體中的TiAlCN層用作Co元素屏蔽層，類金剛石層用作金剛石種晶層，增強了采用CVD法制備出的金剛石薄膜與硬質合金基體的結合強度，所以，使用本發明專利技術提供的上述復合基體有利于提高后續制備出的金剛石涂層刀具的切削性能和使用壽命。

Composite Matrix for Diamond Coating and Its Preparation Method

【技術實現步驟摘要】
金剛石涂層用復合基體及其制備方法
本專利技術涉及金剛石涂層領域，尤其涉及一種金剛石涂層用復合基體及其制備方法。
技術介紹
CVD法制備的金剛石薄膜是一種超硬的多功能材料，具有高硬度、高導熱率、低摩擦系數、低熱膨脹系數和高穩定性的優點。采用CVD法在硬質合金基體上制備的金剛石涂層的厚度一般在20μm以下，采用的硬質合金基體通常具有韌性好、強度高等特點。目前CVD金剛石涂層硬質合金刀具產品存在的問題之一是金剛石薄膜和硬質合金刀片粘附性差。在加工過程中金剛石薄膜涂層的過早脫落，極大的降低涂層刀片的切削性能和使用壽命，如何改善金剛石薄膜和硬質合金基體的粘結性，如何增強金剛石在硬質合金表面的成核率是當前需要解決的問題。為此，富耐克在申請號為CN2016112474099的專利技術專利中提供一種沉積CVD金剛石涂層基體除油脫鈷方法，其步驟包括：首先采用無水丙酮溶液浸泡硬質合金基體，得到預處理硬質合金基體；然后采用堿性清洗劑清洗所述預處理硬質合金基體，得到堿洗硬質合金基體；最后依次對所述堿洗硬質合金基體進行噴砂、氧等離子體清洗處理得到硬質合金除油基體，然后采用含有高氯酸的混合酸對所述硬質合金除油基體進行酸洗脫鈷處理，從而得到潔凈的沉積CVD金剛石涂層基體制得潔凈的沉積CVD金剛石涂層基體。該專利技術專利主要利用化學侵蝕液清洗法對硬質合金基體進行處理，成本較低，易于工業化應用，然而化學侵蝕液清洗法通常采用酸堿液進行清洗，產生大量的酸堿廢液對環境造成污染。此外，現有技術中有采用金剛石微粉懸浮液超聲波清洗的方法增強金剛石在硬質合金表面的成核率，該方法雖然會在金剛石基體上形成的用作晶種的金剛石微粉，但晶種數量不可控，而且會產生大量的金剛石微粉懸浮液廢液，浪費嚴重。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術確有必要提供一種金剛石涂層用復合基體及其制備方法，以解決上述問題。為此，本專利技術提供的技術方案為：一種金剛石涂層用復合基體，包括：硬質合金基體、形成在所述硬質合金基體上的TiAlCN層和沉積在所述TiAlCN層表面的類金剛石層。其中，所述硬質合金基體可以為普通的硬質合金刀具。基于上述，所述TiAlCN層的厚度為200～400nm。所述TiAlCN層主要起到Co元素屏蔽層，主要是屏蔽硬質合金基體中的Co元素并與Co元素形成化合物阻止Co元素向表面擴散，以免最終影響金剛石薄膜與硬質合金基體的結合強度。所以，所述TiAlCN層的厚度不能太薄，也沒有必要太厚，而且太厚會增加成本。基于上述，所述類金剛石層的厚度為5～30nm。所述類金剛石層起到金剛石晶種層的作用，主要是為后續CVD法沉積金剛石薄膜提供晶種。基于上述金剛石涂層用復合基體，還包括形成在所述硬質合金基體和所述TiAlCN層之間的CrAl層。基于上述，所述CrAl層的厚度為50～250nm。所述CrAl層主要作為所述硬質合金基體與所述TiAlCN層的過渡層，其厚度太薄不能較好地起到連接所述硬質合金基體與所述TiAlCN層的作用，也沒有必要太厚，而且太厚會增加成本。本專利技術還提供一種上述金剛石涂層用復合基體的制備方法，包括先清洗硬質合金基體，再在所述硬質合金基體上進行鍍膜處理，其中，所述鍍膜處理包括依次在所述硬質合金基體上形成TiAlCN層和類金剛石層。基于上述，所述鍍膜處理的步驟還包括：在所述硬質合金基體上形成所述TiAlCN層之前，在所述硬質合金基體的表面鍍CrAl層。基于上述，所述鍍膜處理的方法為電弧離子鍍膜法或磁控濺射鍍膜法。基于上述，所述鍍膜處理的步驟包括：將清洗后的所述硬質合金基體置于鍍膜機，所述鍍膜機的鍍膜腔體內的壓強為1×10-3～5×10-3Pa，負偏壓為80～100V，轉臺速度為0.3～0.6rpm，且溫度控制在700℃～800℃；以120～180mln的流量向所述鍍膜腔體內通入氬氣，選擇CrAl復合靶為CrAl涂層的濺射靶材，該CrAl復合靶在功率為3000～4000W的條件下，在所述硬質合金基體的表面濺射沉積10～30min，形成厚度為50～250nm的CrAl層，其中，所述CrAl復合靶中的Cr和Al的面積比為5:3；將氮氣以80～120mln的流量和氬氣以40～60mln的流量同時通入所述鍍膜腔體內，選擇石墨靶、TiAl復合靶和鈦靶作為TiAlCN涂層的濺射靶材，并在所述石墨靶材的功率為800～1200W、所述TiAl復合靶的功率為2500～3500W和所述鈦靶的功率為250～350W的條件下，在所述CrAl層的表面沉積10～30min，形成厚度為200～400nm的TiAlCN層，其中，所述TiAl復合靶中的Al和Ti的面積比為3:5；將氬氣以180～250mln的流量通入所述鍍膜腔體內，選擇所述石墨靶為類金剛石層的濺射靶材，并在所述石墨靶材的功率為250～350W的條件下，在所述TiAlCN層的表面沉積10～30min，形成厚度為5～30nm的類金剛石層。基于上述，所述清洗所述硬質合金基體的步驟包括：所述硬質合金基體先依次在丙酮、無水乙醇和蒸餾水中分別進行超聲處理，然后再在烘箱中烘干。與現有技術相比，本專利技術提供的金剛石涂層用復合基體包括TiAlCN層和類金剛石層，通過所述TiAlCN層屏蔽所述硬質合金基體中的Co元素并與Co元素形成化合物阻止Co元素向類金剛石層的表面擴散，并且所述類金剛石層能夠為金剛石薄膜生長提供種晶，從而增強了采用CVD法制備出的金剛石薄膜與硬質合金基體的結合強度，所以，使用本專利技術提供的上述復合基體有利于提高后續制備出的金剛石涂層刀具的切削性能和使用壽命。進一步，在所述硬質合金基體與所述TiAlCN層之間設置作為過渡層的CrAl層，用于增強所述硬質合金基體與所述TiAlCN層之間的結合力，以進一步有利于增強所述金剛石薄膜與硬質合金基體的結合強度。本專利技術通過先清洗硬質合金基體再在進行鍍膜處理的方法制備所述金剛石涂層用復合基體，該制備方法避免使用大量的酸堿液就能減少或避免Co元素對CVD法制備出的金剛石薄膜與硬質合金基體的結合強度的影響，方法簡單，而且環保。進一步，本專利技術采用電弧離子鍍膜法或磁控濺射鍍膜法在硬質合金基體上鍍膜，尤其是采用高功率脈沖磁控濺射鍍膜法形成所述CrAl層、TiAlCN層和類金剛石層，節能環保。附圖說明圖1是本專利技術實施例1提供的金剛石涂層用復合基體的結構示意圖。圖2是本專利技術實施例2提供的金剛石涂層用復合基體的結構示意圖。其中，各圖中：硬質合金基體11、TiAlCN層13、類金剛石層14、CrAl層22。具體實施方式下面通過具體實施方式，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。實施例1請參閱圖1，本專利技術實施例1提供一種金剛石涂層用復合基體，其主要由三層結構組成，具體包括硬質合金基體11、形成在所述硬質合金基體11上表面的TiAlCN層13和沉積在所述TiAlCN層上表面的類金剛石層14，其中，所述TiAlCN層13的厚度為400nm，所述類金剛石層14的厚度為25nm。其中，所述TiAlCN層13主要是屏蔽硬質合金基體11中的Co元素并與Co元素形成化合物阻止Co元素向硬質合金基體11的上表面擴散，以免最終影響后續CVD法沉積制備出的金剛石薄膜與硬質合金基體11的結合強度；所述類金剛石層14主要是為后續CVD法沉積金剛石薄膜提本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種金剛石涂層用復合基體，其特征在于，包括：硬質合金基體、形成在所述硬質合金基體上的TiAlCN層和沉積在所述TiAlCN層表面的類金剛石層。

【技術特征摘要】
1.一種金剛石涂層用復合基體，其特征在于，包括：硬質合金基體、形成在所述硬質合金基體上的TiAlCN層和沉積在所述TiAlCN層表面的類金剛石層。2.根據權利要求1所述的金剛石涂層用復合基體，其特征在于，所述TiAlCN層的厚度為200～400nm。3.根據權利要求1所述的金剛石涂層用復合基體，其特征在于，所述類金剛石層的厚度為5～30nm。4.根據權利要求1或2或3所述的金剛石涂層用復合基體，其特征在于，還包括形成在所述硬質合金基體和所述TiAlCN層之間的CrAl層。5.根據權利要求4所述的金剛石涂層用復合基體，其特征在于，所述CrAl層的厚度為50～250nm。6.一種權利要求1～5任一項所述的金剛石涂層用復合基體的制備方法，包括：先清洗硬質合金基體，再在所述硬質合金基體上進行鍍膜處理，其中，所述鍍膜處理包括依次在所述硬質合金基體上形成TiAlCN層和類金剛石層。7.根據權利要求6所述的金剛石涂層用復合基體的制備方法，其特征在于，所述鍍膜處理的步驟還包括在所述硬質合金基體上形成所述TiAlCN層之前，在所述硬質合金基體的表面鍍CrAl層。8.根據權利要求7所述的金剛石涂層用復合基體的制備方法，其特征在于，所述鍍膜處理的方法為電弧離子鍍膜法或磁控濺射鍍膜法。9.根據權利要求8所述的金剛石涂層用復合基體的制備方法，其特征在于，所述鍍膜處理的步驟包括：將清洗后的所述硬質合金基體置于鍍膜機，所述鍍膜機的鍍膜腔體內的壓強為1×10-3～...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孔帥斐，李翠，李和鑫，宜娟，
申請(專利權)人：河南富萊格超硬材料有限公司，
類型：發明
國別省市：河南,41