CN104294272A - 一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料涂层领域，提供了一种增强刀具基体与金刚石涂层结合力的新方法，具体是：先对刀具用电化学两步法进行预处理，可以有效去除刀具表面的钴，提高刀具表面的粗糙度，提高金刚石的形核密度；然后在其表面注入钼离子，可以在刀具表面形成一层化合物保护层，有效阻止刀具内部钴的扩散；利用化学气相沉积法沉积一层金刚石涂层，接着对涂层进行离子轰击，可以有效降低金刚石薄膜的粗糙度，增强其结合力。因此可以使金刚石涂层与基体结合强度更高，从而大大提高了刀具的切削性能和使用寿命。

Description

一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的方法
技术领域
    本发明属于材料涂层领域，具体涉及一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的方法。
背景技术
硬质合金刀具具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等一系列优良特性，而被广泛作为切割刀具材料，但是随着工业和科技的发展，越来越多的难加工的材料大量涌现，单一的硬质合金材料已无法满足工业需求，因此产生了涂层硬质合金刀具，其中金刚石涂层应用最为广泛。但是金刚石涂层在硬质合金刀具基体上的附着力较差，很容易从基体上脱落，严重影响了金刚石涂层刀具的切削性能和使用寿命，而其中一个关键因素就是钴的存在。
而目前去除钴影响的方法，许多专家提出利用化学处理法能够有效出去刀具表面的钴的影响。化学法虽然能够有效的去除刀具表面的钴含量，提高结合强度，但是存在一定的局限性：(1) 该法只能除去表层深度很浅的钴，如果长时间处理，会很容易形成结构组织松散的WC（碳化钨）层，从而在涂层与刀具结合面之间形成弱项，影响涂层与刀具的结合强度，同时使刀具基体的硬度和抗弯强度都有所下降；(2)腐蚀后钴聚集区转化为巨大的深坑，同时无法克服钴在高温陈及时想贫钴层的迁移和扩散。因此，该法会使金刚石涂层的结合强度下降，降低了刀具的切削性能和使用寿命。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，解决上述硬质合金刀具预处理过程中出现的问题，本发明提供了一种增强刀具基体与金刚石涂层结合力的新方法，具体技术方案是：先对刀具用电化学两步法进行预处理，可以有效去除刀具表面的钴，提高刀具表面的粗糙度，提高金刚石的形核密度；然后在其表面注入钼离子，可以在刀具表面形成一层化合物保护层，有效阻止刀具内部钴的扩散；利用化学气相沉积法沉积一层金刚石涂层，接着对涂层进行离子轰击，可以有效降低金刚石薄膜的粗糙度，增强其结合力。因此可以使金刚石涂层与基体结合强度更高，从而大大提高了刀具的切削性能和使用寿命。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
(1) 先将硬质合金刀具放入去离子水中用超声波对其表面进行清理，去除杂质和油污；
(2) 将清理后的刀具放入装有电解液的电化学腐蚀装置内腐蚀机体表面；
(3) 将步骤（2）处理过的刀具置入王水溶液浸蚀5~20min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干；
(4) 将步骤（3）处理过的刀具用离子注入技术将钼离子注入刀具表面，使其在表面形成一层化合物CoMoO4，然后置入金刚石微粉混合液中，超声振荡15min；
(5) 用化学气相沉积法在刀具表面沉积厚度1~5μm的金刚石薄膜，然后用离子轰击金刚石薄膜，轰击完成取出刀具。
步骤（2）中，所述电解液为质量分数为10%的NaOH溶液。
步骤（2）中，所述电化学腐蚀装置的电化学类型为直流，电流大小为1A，电化学腐蚀的时间为5~15min。
步骤（4）中，所述离子注入技术的工艺参数为：注入能量范围为55~65kev，剂量范围为9×1016~1.5×1017ions/cm2。
步骤（4）中，所述金刚石微粉混合液中，金刚石的含量为15~30g/L。
步骤（5）中，所述离子轰击的工艺参数为：轰击偏压范围为250~400V，弧电范围为55~65A，保持25~35min
与现有的硬质合金刀具涂层技术和化学法去钴处理方法相比，本发明的有益效果是：
(1) 电化学腐蚀可去除基体表面的“硬皮”，增加基体表面WC晶粒的粗化程度，增加WC晶粒的晶界数量，并在其表面产生了较多的微缺陷，腐蚀后晶粒较为致密均匀，有利于提高金刚石涂层的形核密度,有利于增强金刚石涂层工具膜基强度。
(2) 离子注入钼会在刀具表面形成一层化合物保护层，有效阻止及刀具内部的钴向表面扩散，防止其影响金刚石涂层。
(3) 通过最后的离子轰击金刚石薄膜，可以使金刚石薄膜渗透到刀具内部，增加薄膜的结合力，同时使金刚石薄膜的表面更光滑。
附图说明
图1是硬质合金刀具进行金刚石涂层的一般流程图；
图2是硬质合金刀具表面预处理流程图。
具体实施方式
下面结合该技术方案和附图详解对本发明的具体实施例作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
选择YG6普通粒度硬质合金刀具进行处理，这是一种低昂性的硬质合金刀具材料。
实施例1
进行电化学两步法进行预处理并进行金刚石涂层的具体过程操作：
1、先将硬质合金刀具表放入去离子水中对其面用超声波进行清理，去除杂质和油污，吹干。
2、将清理后的刀具放入电化学装置内腐蚀机体表面，电解液为10%的NaOH溶液，电化学类型为直流，电流大小为1A，电化学腐蚀的时间为15min。
3、然后用王水溶液浸蚀15min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干。
4、用离子注入技术将钼离子注入刀具表面，注入能量范围为55kev，剂量范围为9×1016ions/cm2，使其在表面形成一层化合物，然后和少量的金刚石微粉混合液，在超声清洗仪中振荡15min。
5、用年化学气相沉积法在刀具表面沉积一层1~5μm金刚石薄膜，用化学气相沉积法在刀具表面沉积一层金刚石薄膜，然后用离子轰击金刚石薄膜，轰击偏压范围为250V，弧电范围为55A，保持25min，然后取出YG6刀具。
实施例2
1、先将硬质合金刀具表放入去离子水中对其面用超声波进行清理，去除杂质和油污，吹干。
2、将清理后的刀具放入电化学装置内腐蚀机体表面，电解液为10%的NaOH溶液，电化学类型为直流，电流大小为1A，电化学腐蚀的时间为5min。
3、然后用王水溶液浸蚀5min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干。
4、用离子注入技术将钼离子注入刀具表面，注入能量范围为60kev，剂量范围为1.2×1017ions/cm2，使其在表面形成一层化合物CoMoO4，然后和15~30g/L的金刚石微粉混合液，在超声清洗仪中振荡15min。
5、用年化学气相沉积法在刀具表面沉积一层1~5μm金刚石薄膜，用化学气相沉积法在刀具表面沉积一层金刚石薄膜，然后用离子轰击金刚石薄膜，轰击偏压范围为300V，弧电范围为60A，保持30min，然后取出YG6刀具。
实施例3
1、先将硬质合金刀具表放入去离子水中对其面用超声波进行清理，去除杂质和油污，吹干。
2、将清理后的刀具放入电化学装置内腐蚀机体表面，电解液为10%的NaOH溶液，电化学类型为直流，电流大小为1A，电化学腐蚀的时间为10min。
3、然后用王水溶液浸蚀20min，然后取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干。
4、用离子注入技术将钼离子注入刀具表面，注入能量范围为65kev，剂量范围为1.5×1017ions/cm2，使其在表面形成一层化合物，然后和少量的金刚石微粉混合液，在超声清洗仪中振荡15min。
5、用年化学气相沉积法在刀具表面沉积一层1~5μm金刚石薄膜，用化学气相沉积法在刀具表面沉积一层金刚石薄膜，然后用离子轰击金刚石薄膜，轰击偏压范围为400V，弧电范围为65A，保持35min，然后取出YG6刀具。
经过该方法处理后，YG6硬质合金刀具表面比较光滑，经过测量，表面摩擦系数减少很多，结合力提高很大，耐磨性提高近一倍多。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的新方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）将硬质刀具放入去离子水中用超声波对其表面进行清理；
（2）将清理后刀具放入装有电解液的电化学腐蚀装置内腐蚀机体表面；
（3）将步骤（2）处理过的刀具置入王水溶液中浸蚀5~20min，取出刀具，用丙酮清洗刀具，晾干；
（4）将步骤（3）处理过的刀具利用离子注入技术将钼离子注入刀具表面，使其在表面形成一层化合物CoMoO4，然后置入金刚石微粉混合液中，超声振荡15min；
（5）用化学气相沉积法在刀具表面沉积厚度1~5μm金刚石薄膜，然后用离子轰击金刚石薄膜，轰击完成取出刀具。
2.如权利要求1所述的一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的新方法，其特征在于，步骤（2）中，所述电解液为质量分数为10%的NaOH溶液。
3.如权利要求1所述的一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的新方法，其特征在于，步骤（2）中，所述电化学腐蚀装置的参数为：电化学类型为直流，电流大小为1A，电化学腐蚀的时间为5~15min。
4.如权利要求1所述的一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的新方法，其特征在于，步骤（4）中，所述离子注入技术的工艺参数为：注入能量范围为55~65kev，剂量范围为9×1016~1.5×1017ions/cm2。
5.如权利要求1所述的一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的新方法，其特征在于，步骤（4）中，所述金刚石微粉混合液中，金刚石的含量为15~30g/L。
6.如权利要求1所述的一种提高硬质合金刀具表面金刚石涂层附着力的新方法，其特征在于，步骤（5）中，所述离子轰击的工艺参数为：轰击偏压范围为250~400V，弧电范围为55~65A，保持25~35min。
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