CN105483644A - 多层金刚石涂层及其制备方法、涂层工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层金刚石涂层及其制备方法和涂层工具。本发明多层金刚石涂层包括至少一复合金刚石涂层结构单元，所述复合金刚石涂层结构单元包括微米晶金刚石涂层和依次生长在所述微米晶金刚石涂层表面的纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层。本发明多层金刚石涂层硬度和耐磨性以及韧性高，表面粗超度、摩擦系数和涂层应力低。本发明涂层工具包括工具本体和结合在工具本体表面的本发明多层金刚石涂层，同时，本发明涂层工具硬度高，抗耐磨性好，使用寿命长，且多层金刚石涂层与工具本体结合牢固，更有利于精密加工，降低加工成本，提高生产效率。

Description

多层金刚石涂层及其制备方法、涂层工具
技术领域
本发明属于真空镀膜技术领域，具体的说是涉及一种多层金刚石涂层及其制备方法、涂层工具。
背景技术
金刚石具有高硬度(HV＝100Gpa)、导热性好、低摩擦、超耐磨、结构稳定等特性，在力学、热学、电子学等领域具有广泛的应用前景。目前，金刚石涂层多采用热丝化学沉积(HFCVD)法制备，工艺技术较为成熟、生产成本低，适用于工业生产。但是，由于金刚石强的共价键特征以及HFCVD的成涂层工艺特点，使得金刚石涂层存在涂层应力高、韧性差的缺点，降低了金刚石涂层的使用性能。
随着金刚石涂层研究的不断深入，目前有多层金刚石涂层的报道，但是已报道的多层金刚石涂层多是亚微米金刚石涂层或纳米金刚石涂层与超细纳米金刚石涂层中的两种涂层作为多层结构。具体的如中国专利CN1563479A中采用电子束辅助热丝化学气相沉积法，制备一种由纳米尺寸的金刚石薄膜(NCD)和亚微米尺寸金刚石薄膜(MCD)交替沉积的多层结构涂层。其中每层NCD厚度为0.01-0.08微米，MCD厚度为0.1-0.3微米。
再如中国专利CN103436855A中采用热丝化学气相沉积法制备一种微型铣刀金刚石复合涂层，其通过控制沉积过程中气相沉积条件，使得亚微晶生长期和超细纳米晶循环发生，从而形成金刚石亚微晶和超细纳米晶复合涂层。
上述现有多层金刚石涂层中，纳米金刚石涂层和超细纳米金刚石涂层，晶粒尺寸达到纳米量级使得表面粗糙度大为降低，展现出更好的减摩、耐磨特性。尤其是，超细纳米金刚石涂层晶粒尺寸在几个纳米至几十个纳米之间，使用其作为工具的外层，可以大大降低工具表面粗糙度，减小摩擦系数，提高刀具耐磨性。同时，上述现有多层金刚石涂层由于层界面的增加使得涂层单层厚度降低，可以减小涂层的弯曲应力；此外，层界面对裂纹具有偏转和钝化作用，可以有效提高涂层的整体韧性。如中国专利CN103436855A保持了刃口的锋利，明显改善加工效果，延长刀具使用寿命，减少换刀频率，提高加工效率，降低加工成本。
但是，随着研究和应用的进一步深入，发现随着金刚石晶粒尺寸的减小，涂层中的非金刚石相逐渐增多，硬度下降。而且现有多层金刚石涂层主要是在亚微米金刚石涂层表面在镀上一层纳米金刚石涂层或者超细纳米金刚石涂层的双层周期性多层复合涂层，这种制备方法以亚微米金刚石涂层为支持层，支持层中存在非金刚石相，硬度及其耐磨性能较微米金刚石层有一定程度的降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多层金刚石涂层及其制备方法，以解决现有多层金刚石涂层硬度不高的技术问题。
本发明的另一目的在于提供一种涂层工具，以解决表面涂有现有多层金刚石涂层工具由于现有多层金刚石涂层存在的硬度不高而导致工具耐磨性不高和使用寿命短的技术问题。
为了实现上述发明目的，作为本发明的一方面，提供了一种多层金刚石涂层。所述金刚石涂层包括至少一复合金刚石涂层结构单元，所述复合金刚石涂层结构单元包括微米晶金刚石涂层和依次生长在所述微米晶金刚石涂层表面的纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层。
作为本发明的另一方面，提供了一种多层金刚石涂层的制备方法，其包括如下制备步骤：
将用于在其表面生成金刚石的基底进行表面预处理后置于金刚石悬浮液中进行表面接种处理，取出后进行干燥处理；
将经干燥处理后的所述基底置于真空沉积腔体内，采用热丝化学气相沉积法在所述基底表面至少一次的进行依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤。
作为本发明的又一方面，提供了一种涂层工具。所述涂层工具包括工具本体，在所述工具本体的表面上还结合有本发明多层金刚石涂层，且位于所述多层金刚石涂层端面的所述微米晶金刚石涂层与所述工具本体表面结合。
与现有技术相比，本发明多层金刚石涂层以微米晶金刚石层为支持层，并结合纳米晶金刚石层与超细纳米晶金刚石层的三层或以该三层为周期性生长的多层复合涂层结构设计，有效提高了本发明多层金刚石涂层的硬度和耐磨性，降低表面粗超度、摩擦系数和涂层应力，并提高涂层韧性。
本发明多层金刚石涂层的制备方法采用热丝化学气相沉积法，以微米晶金刚石层作为支撑层，再生长纳米晶金刚石层和超细纳米晶金刚石层的三层或者该三层周期性生长，不仅有效利用了微米涂层的高硬度的特性，同时也有效利用了纳米涂层和超细纳米涂层的低粗糙度和摩擦系数等特性。本发明方法还使得各层间的致密性好，抗耐磨性得到提高，表面更为光滑，涂层内应力减小。
本发明涂层工具由于在其表面结合有本发明多层金刚石涂层，因此，本发明合金工具抗硬度高，刀具表面更为光滑，摩擦力小，耐磨性高，使用寿命长，且多层金刚石涂层与工具本体结合牢固，更有利于精密加工，降低加工成本，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例多层金刚石涂层的一种结构示意图；
图2为本发明实施例多层金刚石涂层的另一种结构示意图；
图3为本发明实施例多层金刚石涂层制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种具有高硬度和耐磨性的多层金刚石涂层。本发明实施例多层金刚石涂层结构如图1和图2所示，其包括至少一复合金刚石涂层结构单元，所述复合金刚石涂层结构单元包括微米晶金刚石涂层和依次生长在所述微米晶金刚石涂层表面的纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层。
因此，本发明实施例多层金刚石涂层具有以下几种实施方案：
一实施例，本发明实施例多层金刚石涂层只包括一个复合金刚石涂层结构单元，具体如图1所示。该复合金刚石涂层结构单元1包括依次生长结合的微米晶金刚石涂层11、纳米晶金刚石涂层12和超细纳米晶金刚石涂层13。也即是在本实施例中，该多层金刚石涂层包括依次生长结合的微米晶金刚石涂层11、纳米晶金刚石涂层12和超细纳米晶金刚石涂层13。
另一实施例，本发明实施例多层金刚石涂层包括两个复合金刚石涂层结构单元，即复合金刚石涂层结构单元1和复合金刚石涂层结构单元2，具体如图2所示。该复合金刚石涂层结构单元1包括依次生长结合的微米晶金刚石涂层11、纳米晶金刚石涂层12和超细纳米晶金刚石涂层13；复合金刚石涂层结构单元2包括依次生长结合的微米晶金刚石涂层21、纳米晶金刚石涂层22和超细纳米晶金刚石涂层23。沿着所述微米晶金刚石涂层至超细纳米晶金刚石涂层为单元重复的方向该复合金刚石涂层结构单元1和复合金刚石涂层结构单元2生长结合。也即是在本实施例中，多层金刚石涂层是以依次生长结合的微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层构成的重复单元或者周期性单元。
在又一实施例中，本发明实施例多层金刚石涂层包括三个以上的复合金刚石涂层结构单元。在本实施例中，每个复合金刚石涂层结构单元均包括依次生长结合的微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层；沿着所述微米晶金刚石涂层至超细纳米晶金刚石涂层为单元重复的方向各复合金刚石涂层结构单元依次生长结合。也即是在本实施例中，多层金刚石涂层是以依次生长结合的微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层构成的重复单元或者周期性单元。
在优选实施例中，当本发明实施例多层金刚石涂层包括两个以上的复合金刚石涂层结构单元时，所含有的复合金刚石涂层结构单元数量为2-108各个。
上述各实施例中的本发明实施例多层金刚石涂层是以微米晶金刚石层为支持层，并在所述支持层表面依次生长纳米晶金刚石层与超细纳米晶金刚石层的三层或以该三层为周期性生长的多层复合涂层结构，有效提高了本发明实施例多层金刚石涂层的硬度和耐磨性，降低表面粗超度、摩擦系数和涂层应力，并提高涂层韧性。
在一实施例中，上述各实施例中的微米晶金刚石层，如微米晶金刚石层11、微米晶金刚石层21等层中的金刚石粒径为1μm-15μm。
在另一实施例中，上述各实施例中的纳米晶金刚石层，如纳米晶金刚石层12、纳米晶金刚石层22等层中的金刚石粒径为100-999nm。
在又一实施例中，上述各实施例中的超细纳米晶金刚石层，如超细纳米晶金刚石层13、超细纳米晶金刚石层23等层中的金刚石粒径为1-100nm。
在再一实施例中，上述各实施例中多层金刚石涂层总厚度为1-500μm。
通过对各金刚石涂层层中金刚石生长条件的控制和调节，能够有效进一步提高各金刚石层附着力，提高本发明实施例中多层金刚石涂层的硬度、耐磨性，降低表面粗超度、摩擦系数和涂层应力，并提高涂层韧性。
另外，上述各实施例中的多层金刚石涂层可以生长在基底上，且位于所述多层金刚石涂层端面的所述微米晶金刚石涂层与所述基底表面结合。如在具体实施例中，图1和图2所示的多层金刚石涂层是生长在基底10表面的，且位于所述多层金刚石涂层端面的所述微米晶金刚石涂层11是分别与所述基底10表面结合。其中，所述基底10为下文本发明实施例多层金刚石涂层制备方法的步骤S01中阐述的基底。
另一方面，在上文所述的本发明实施例多层金刚石涂层的基础上，本发明实施例还提供了本发明实施例多层金刚石涂层的一种制备方法。本发明实施例多层金刚石涂层的制备方法如图3所以示，同时参见图1和2，其制备方法包括如下步骤：
S01.在预处理后的用于生成金刚石生长的基底表面接种金刚石：将用于在其表面生成金刚石的基底进行表面预处理后置于金刚石悬浮液中进行表面接种处理，取出后进行干燥处理；
S02.在基底表面依次生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层：将经干燥处理后的所述基底置于真空沉积腔体内，采用热丝化学气相沉积法在所述基底表面至少一次的进行依次生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤。
具体地，上述步骤S01中的所述基底可采了本领域常规的基底类型，如硬质合金基底。具体的，所述硬质合金为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金、碳氮化钛基硬质合金、碳化铬基硬质合金、钢结硬质合金中的一种。
为了除去所述基底表面的物质，提高所述基底与金刚石层的结合能力，在沉积所述金刚石层前，需要对所述基底进行表面预处理。优选的，所述表面预处理包括基底表面清洗和去钴处理，其中，所述基底表面清洗和去钴处理包括以下步骤：
采用有机溶剂对所述基底表面进行去污处理；
采用K3[Fe(CN)6]、KOH和水的碱混合液超声处理后，再用H2SO4和H2O2强氧化混合溶液进行浸泡处理。
进一步的，所述有机溶剂的选用不受限制，只要能去除所述基底表面的油脂污垢等即可，具体的，可选用丙酮。将采用有机溶剂处理后的所述基底进行干燥处理，干燥方式不受限制。作为具体实施例，将硬质合金刀具放入丙酮溶液中超声清洗5-60min，恒温干燥箱50-90℃，烘干5-30min。
本发明实施例中，依次采用所述碱混合液和所述强氧化混合溶液可去除表面的其他非有机物质，如除去基底表面的氧化物层以及基底表面中的钴元素，利于金刚石生长。优选的，所述碱混合液中K3[Fe(CN)6]、KOH和水的重量比为1：1：10；所述强氧化混合溶液中，所述H2SO4和H2O2的重量比为1：10。将碱、酸处理后的所述基底进行干燥处理，干燥方式不受限制。作为具体实施例，将清洗后的硬质合金刀具放入K3[Fe(CN)]+KOH+H2O(wt％＝1:1:10)碱混合液超声3-30min，取出蒸馏水清洗，再用H2SO4+H2O2(vol％＝1:10)浸泡5-60s，取出蒸馏水清洗，恒温干燥箱50-90℃，烘干5-30min。
该步骤S01将经预处理后的基底置于金刚石悬浮液中进行表面接种是为了使得悬浮液中的金刚石能够至少是少量的附着在基底表面，作为接种金刚石，为上述步骤S02中金刚石的生长核心。
为了使的上述步骤S02中金刚石生长更加均匀，在一实施例中，表面接种处理是将经预处理后的基底放入金刚石悬浮液中超声处理，在具体实施例中，超声1-120min，取出酒精清洗，吹干。
其中，所述金刚石混悬液中金刚石悬浮颗粒的含量过少难以在所述基底表面附着形成晶核；金刚石悬浮颗粒的含量过多则容易造成浪费，在一实施例中，所述金刚石悬浮液中的金刚石粒径控制为0.1-10μm。在另一实施例中，在所述金刚石悬浮液中，金刚石悬浮颗粒占所述金刚石悬浮液总质量的1％-30％。通过对金刚石悬浮液的浓度和金刚石悬浮颗粒粒径等控制，能够有效提高生长金刚石的成核质量，并对后续金刚石涂层生长提供有利条件。
在一实施例中，该步骤S01中的基底为硬质合金。在具体实施例中，该硬质合金选为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金、碳氮化钛基硬质合金、碳化铬基硬质合金、钢结硬质合金中的一种。
上述步骤S02中，在进行依次生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤中，具有以下几种实施方案：
一实施例，采用热丝化学气相沉积法在基底表面只进行一次依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤，也即最终在基底表面生长成如图1所示的多层金刚石涂层：微米晶金刚石涂层11生长在基底10表面，纳米晶金刚石涂层12和超细纳米晶金刚石涂层13是依次生长在微米晶金刚石涂层11表面。
另一实施例，采用热丝化学气相沉积法在基底表面进行一次依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤，然后重复一次依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤。这样，最终在基底表面生长成如图2所示的多层金刚石涂层：微米晶金刚石涂层11生长在基底10表面，纳米晶金刚石涂层12和超细纳米晶金刚石涂层13是依次生长在微米晶金刚石涂层表面11，并且是以生长结合的微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层构成的重复单元或者周期性单元进行了一次重复，也即是图2所示的多层金刚石涂层的结构为：微米晶金刚石涂层11/纳米晶金刚石涂层12/超细纳米晶金刚石涂层13/微米晶金刚石涂层21/纳米晶金刚石涂层22/超细纳米晶金刚石涂层23。
在又一实施例中，采用热丝化学气相沉积法在基底10表面进行一次依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤，然后重复至少两次依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤。这样，最终在基底10表面生长成多层金刚石涂层为：微米晶金刚石涂层生长在基底表面，纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层是依次生长在微米晶金刚石涂层表面，并且是以生长结合的微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层构成的重复单元或者周期性单元进行了至少两次重复。
在优选实施例中，当该步骤S02中重复依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤重复1-107次以上，此时，所生长的由微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层所构成的复合金刚石涂层结构单元数量优选为2-108各个。
通过控制腔室反应压强或甲烷浓度或基底平台温度等中的一种或多种条件，沉淀生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤以实现最终生成的微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的重复结构，以最终实现提高生长的多层金刚石涂层硬度和耐磨性，降低表面粗超度、摩擦系数和涂层应力，并提高涂层韧性。
在一实施例中，在具体生长所述微米晶金刚石涂层的工艺条件为：真空室气压0.5-10kPa，加热温度2000℃-2600℃，基底温度600℃-1000℃，甲烷浓度0.1％-10％，气流量50-350sccm，加热丝与基底上表面间距1-20mm，沉积时间1-600min，相邻加热丝排布间距为5-35mm；通过对沉淀生长微米晶金刚石涂层控制，能够有效控制最终生长的微米晶金刚石粒径大小，如能够将优选的将微米晶金刚石粒径控制在1μm-15μm作为支持层以提高本发明实施例多层金刚石涂层具有高硬度和低应力特定。
在另一实施例中，生长所述纳米晶金刚石层的工艺条件为：生长所述纳米晶金刚石层的工艺条件为：真空室气压0.3-8kPa，加热温度1500℃-2300℃，基底温度500℃-900℃，甲烷浓度0.1％-15％，气流量50-350sccm，加热丝与刀具上表面间距1-25mm，沉积时间1-600min，相邻加热丝排布间距为5-35mm；
在又一实施例中，生长所述超细纳米晶金刚石层的工艺条件为：真空室气压0.1-6kPa，加热温度1500℃-2100℃，基底温度500℃-800℃，甲烷浓度0.1％-25％，气流量50-350sccm，加热丝与刀具上表面间距1-30mm，沉积时间1-600min，相邻加热丝排布间距为5-35mm。。
通过降低反应压强或提高甲烷浓度或降低基底平台温度中的一种或多种条件，使得生长的微米晶金刚石层逐步向纳米和超细纳米晶金刚石层过渡，且纳米晶金刚石涂层粒径为100-800nm，超细纳米晶金刚石涂层粒径为1-100nm。在上述步骤S02的热丝化学气相沉积法处理过程中，作为一实施例，相邻加热丝排布间距5-35mm，与基底之间的距离1-60mm。以辅助加热，利于金刚石的生长。在具体实施例中，该加热丝为钽丝或钨丝中的一种。
综上所述，本发明实施例多层金刚石涂层的制备方法采用热丝化学气相沉积法，以微米晶金刚石层作为支持层，再生长纳米晶金刚石层和超细纳米晶金刚石层的三层或者该三层周期性生长，不仅有效利用了微米涂层的高硬度的特性，同时也有效利用了纳米涂层和超细纳米涂层的低粗糙度和摩擦系数等特性。本发明实施例方法通过逐步减小晶粒大小还使得各层间的致密性好，抗耐磨性得到提高，表面更为光滑，涂层内应力低。
又一方面，在上文所述的本发明实施例多层金刚石涂层及其制备方法的基础上，本发明实施例还提供了一种涂层工具。在一实施例中，所述涂层工具包括工具本体，在所述工具本体的表面上还结合有上文所述的本发明实施例多层金刚石涂层或者由其制备方法制备的多层金刚石涂层，其中，位于所述多层金刚石涂层端面的所述的微晶金刚石膜层与所述工具基底表面结合。由于本发明实施例多层金刚石涂层如上文所述具有高硬度和耐磨性以及韧性，降低表面粗超度、摩擦系数和涂层应力，因此，本发明实施例涂层工具抗耐磨性高，使用寿命长，且多层金刚石涂层与工具本体结合牢固。
在一实施例中，本发明实施例涂层工具为刀具、零部件或模具，也即是工具本体为无涂层的刀具、零部件或模具作为本体。在优选实施例中，该刀具、零部件或模具本体的材料为合金刀具，优选为硬质合金，在具体实施例中，该硬质合金为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金、碳氮化钛基硬质合金、碳化铬基硬质合金、钢结硬质合金中的一种。这样，本发明实施例设有发明所述涂层的刀具、零部件或模具硬度高，表面更为光滑，摩擦力小，耐磨性好，延长了使用寿命，减少更换频率，提高加工效率，降低加工成本。
以下通过具体实施例来举例说明上述多层金刚石涂层及其制备方法等方面。
实施例1
本发明实施例提供了一种表面结合有多层金刚石涂层的WC-6％Co刀具。其制备方法如下：
S11.WC-6％Co刀具表面预处理：
(a)将WC-Co刀具放入丙酮溶液中超声清洗10min，恒温干燥箱60℃，烘干10min；
(b)将清洗后的硬质合金刀具放入K3(Fe(CN)6+KOH+H2O(wt％＝1:1:10)碱混合液超声15min，取出蒸馏水清洗，再用H2SO4+H2O2(vol％＝1:10)浸泡15s，取出蒸馏水清洗，恒温干燥60℃，烘干10min；
(c)将预处理后的刀具放入粒径1-5μm，金刚石悬浮颗粒占溶液总质量的比重为10％的金刚石悬浮液中超声20min，取出酒精清洗，吹干。
S12.加热丝预处理：加热丝为钽丝，排布间距20mm，与基底之间的距离10mm。
S13.装炉：将预处理好的刀具放入真空室内，装好加热架，关闭真空舱门；
S14.沉积微米金刚石涂层：真空室气压2-5kPa，加热温度2200℃-2400℃，基底温度800℃-1000℃，甲烷浓度1％-3％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距2-5mm，沉积时间120min；
S15.沉积纳米金刚石涂层：真空度真空室气压1-3kPa，加热温度1600℃-2000℃，基底温度500℃-800℃，甲烷浓度2％-4％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距3-6mm，沉积时间60min；
S16.沉积超细纳米金刚石涂层：真空度真空室气压1-3kPa，加热温度1600℃-2000℃，基底温度500℃-700℃，甲烷浓度3％-5％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距4-8mm，沉积时间30min；
S17.依次重复步骤S14、S15和S16制备出金刚石多层多层结构涂层，其中最外层沉积的是超细金刚石涂层。
实施例2
本发明实施例提供了一种表面结合有多层金刚石涂层的TiC-Co刀具。其制备方法如下：
S21.TiC-Co刀具表面预处理：
(a)将TiC-Co刀具放入丙酮溶液中超声清洗10min，恒温干燥箱80℃，烘干5min；
(b)将清洗后的硬质合金刀具放入K3(Fe(CN)6+KOH+H2O(wt％＝1:1:10)碱混合液超声10min，取出蒸馏水清洗，再用H2SO4+H2O2(vol％＝1:10)浸泡10s，取出蒸馏水清洗，恒温干燥80℃，烘干5min；
(c)将预处理后的刀具放入粒径1-5μm，金刚石悬浮颗粒占溶液总质量的比重为15％的金刚石悬浮液中超声20min，取出酒精清洗，吹干。
S22.加热丝预处理：加热丝为钽丝，排布间距20mm，与基底之间的距离10mm。
S23.装炉：将预处理好的刀具放入真空室内，装好加热架，关闭真空舱门；
S24.沉积微米金刚石涂层：真空室气压3-5kPa，加热温度2200℃-2400℃，基底温度800℃-1000℃，甲烷浓度1％-3％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距2-4mm，沉积时间180min；
S25.沉积纳米金刚石涂层：真空度真空室气压1-3kPa，加热温度1600℃-2000℃，基底温度500℃-800℃，甲烷浓度3％-5％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距3-6mm，沉积时间90min；
S26.沉积超细纳米金刚石涂层：真空度真空室气压1-3kPa，加热温度1600℃-2000℃，基底温度500℃-700℃，甲烷浓度3％-6％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距4-8mm，沉积时间60min；
S27.依次重复步骤S24、S25和S26制备出金刚石多层多层结构涂层，其中最外层沉积的是超细金刚石涂层。
实施例3
本发明实施例提供了一种表面结合有多层金刚石涂层的WC-TiC-TaC-Co刀具。其制备方法如下：
S31.WC-TiC-TaC-Co刀具表面预处理：
(a)将WC-TiC-TaC-Co刀具放入丙酮溶液中超声清洗30min，恒温干燥箱80℃，烘干5min；
(b)将清洗后的硬质合金刀具放入K3(Fe(CN)6+KOH+H2O(wt％＝1:1:10)碱混合液超声20min，取出蒸馏水清洗，再用H2SO4+H2O2(vol％＝1:10)浸泡10s，取出蒸馏水清洗，恒温干燥80℃，烘干5min；
(c)将预处理后的刀具放入粒径10-100nm，金刚石悬浮颗粒占溶液总质量的比重为20％的金刚石悬浮液中超声30min，取出酒精水清洗，吹干。
S32.加热丝预处理：加热丝为钽丝，排布间距25mm，与基底之间的距离10mm。
S33.装炉：将预处理好的刀具放入真空室内，装好加热架，关闭真空舱门；
S34.沉积微米金刚石涂层：真空室气4-6kPa，加热温度2200℃-2400℃，基底温度800℃-1000℃，甲烷浓度1％-3％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距2-5mm，沉积时间120min；
S35.沉积纳米金刚石涂层：真空度真空室气压2-4kPa，加热温度1600℃-2000℃，基底温度500℃-800℃，甲烷浓度2％-4％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距3-6mm，沉积时间90min；
S36.沉积超细纳米金刚石涂层：真空度真空室气压1-3kPa，加热温度1600℃-2000℃，基底温度500℃-800℃，甲烷浓度3％-6％，气流量200-280sccm，加热丝与刀具上表面间距4-8mm，沉积时间60min；
S37.依次重复步骤S34、S35和S36制备出金刚石多层多层结构涂层，其中最外层沉积的是超细金刚石涂层。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层金刚石涂层，其特征在于：包括至少一复合金刚石涂层结构单元，所述复合金刚石涂层结构单元包括微米晶金刚石涂层和依次生长在所述微米晶金刚石涂层表面的纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层。
2.如权利要求1所述的多层金刚石涂层，其特征在于：所述复合金刚石涂层结构单元为两个以上，且沿着所述微米晶金刚石涂层至超细纳米晶金刚石涂层为单元重复的方向，各所述复合金刚石涂层结构单元依次生长结合。
3.如权利要求1-2任一所述的多层金刚石涂层，其特征在于：所述微米晶金刚石涂层中的金刚石粒径为1μm-15μm；和/或
所述纳米晶金刚石涂层中的金刚石粒径为100-999nm；和/或
所述超细纳米晶金刚石涂层中的金刚石粒径为1-100nm；和/或
所述多层金刚石涂层总厚度为1-500μm。
4.一种多层金刚石涂层的制备方法，其包括如下制备步骤：
将用于在其表面生成金刚石的基底进行表面预处理后置于金刚石悬浮液中进行表面接种处理，取出后进行干燥处理；
将经干燥处理后的所述基底置于真空沉积腔体内，采用热丝化学气相沉积法在所述基底表面至少一次的进行依次沉积生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：生长所述微米晶金刚石涂层的工艺条件为：真空室气压0.5-10kPa，加热温度2000℃-2600℃，基底温度600℃-1000℃，甲烷浓度0.1％-10％，气流量50-350sccm，加热丝与基底上表面间距1-20mm，沉积时间1-600min，相邻加热丝排布间距为5-35mm；和/或
生长所述纳米晶金刚石层的工艺条件为：真空室气压0.3-8kPa，加热温度1500℃-2300℃，基底温度500℃-900℃，甲烷浓度0.1％-15％，气流量50-350sccm，加热丝与刀具上表面间距1-25mm，沉积时间1-600min，相邻加热丝排布间距为5-35mm；和/或
生长所述超细纳米晶金刚石层的工艺条件为：真空室气压0.1-6kPa，加热温度1500℃-2100℃，基底温度500℃-800℃，甲烷浓度0.1％-25％，气流量50-350sccm，加热丝与刀具上表面间距1-30mm，沉积时间1-600min，相邻加热丝排布间距为5-35mm。
6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述依次生长微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层的步骤至少重复一次，使得依次生长结合的所述微米晶金刚石涂层、纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层为单元结构在所述基底上呈周期性生长。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述金刚石悬浮液中的金刚石粒径为0.1-10μm；和/或
所述金刚石悬浮液中的金刚石悬浮颗粒占所述金刚石悬浮液总质量的1％-30％；和/或
所述基底为硬质合金；和/或
所述加热丝为钽丝或钨丝中的一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述硬质合金为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金、碳氮化钛基硬质合金、碳化铬基硬质合金、钢结硬质合金中的一种。
9.一种涂层工具，包括工具本体，其特征在于：在所述工具本体的表面上还结合有权利要求1-3任一所述的多层金刚石涂层或者由权利要求4-8任一所述的多层金刚石涂层的制备方法制备的多层金刚石涂层，位于所述多层金刚石涂层端面的所述的微晶金刚石膜层与所述工具基底表面结合。
10.如权利要求9所述的涂层工具，其特征在于：所述工具本体为刀具、零部件或模具。
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