CN106319518B - 金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106319518B
CN106319518B CN201610687650.7A CN201610687650A CN106319518B CN 106319518 B CN106319518 B CN 106319518B CN 201610687650 A CN201610687650 A CN 201610687650A CN 106319518 B CN106319518 B CN 106319518B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diamond
coating
metal carbides
metal
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610687650.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106319518A (zh
Inventor
许立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Funik Ultrahard Material Co Ltd
Original Assignee
Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Funik Ultrahard Material Co Ltd filed Critical Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority to CN201610687650.7A priority Critical patent/CN106319518B/zh
Publication of CN106319518A publication Critical patent/CN106319518A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106319518B publication Critical patent/CN106319518B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/31—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/04—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner applied by chemical vapour deposition [CVD]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/36—Multi-layered

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

本发明提供一种金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，其步骤包括：首先采用化学气相沉积法在预沉积基体表面进行至少一次的依次沉积微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层的步骤，制得沉积金刚石基体；然后采用真空热镀法在所述沉积金刚石基体表面沉积一层金属层并进行热处理，从而制得金刚石/金属碳化物复合涂层。该方法工艺简单、沉积的各涂层厚度可调。本发明还提供由该方法制得的金刚石/金属碳化物复合涂层和应用，所述金刚石/金属碳化物复合涂层内应力小，由其制备的超硬材料刀具具有热稳定性好、静压强度高和抗冲击性好的优点。

Description

金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及超硬材料技术领域，具体的说，涉及了一种金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用。
背景技术
金刚石涂层由于具有优异的物理化学性质，广泛应用于加工难加工材料，如碳纤维、高硅铝材料以及陶瓷材料等，而单一的微米或者纳米金刚石自身具有很强的内应力，易在加工过程中沿着微米晶边界出现裂纹，严重缩短加工时间；因此市场上需要一种低内应力的金刚石涂层刀具。
金刚石涂层常采用的制备方法有微波等离子化学气相沉积、热丝化学气相沉积、直流等离子体法等。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。同时,由于金刚石强的共价键特征以及HFCVD的涂层工艺特点，使得制得的金刚石涂层存在涂层应力高、韧性差、易氧化的缺点，降低了金刚石涂层的使用性能。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种层间结合力强、内应力低及抗冲击性能高的金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，它包括以下步骤：
（1）采用化学气相沉积法在预沉积基体表面进行至少一次的依次沉积微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层的步骤，制得沉积金刚石基体；
（2）采用真空蒸镀法在所述沉积金刚石基体表面沉积一层金属层并进行热处理，从而制得金刚石/金属碳化物复合涂层。
其中，所述微米晶金刚石涂层中金刚石粒径为0.1微米～0.5微米；所述纳米晶金刚石涂层中金刚石粒径为1纳米～300纳米。
基于上述，所述步骤（2）中的金属层包括钛层、钨层、锆层、铬层或钒层。
基于上述，所述步骤（2）包括：首在先真空度小于0.7 Pa条件下，采用真空蒸镀法在所述纳米晶金刚石表面沉积一层厚度为0.5微米～1微米的金属层；然后在850℃～920℃条件下对表面沉积有金属层的所述沉积金刚石基体进行真空热处理30分钟～60分钟，使所述金属层与所述纳米晶金刚石涂层发生界面反应生成金属碳化物涂层，从而制得金刚石/金属碳化物复合涂层。需要说明的是，在沉积在所述纳米晶金刚石表面的所述金属层厚度较厚时，所述金属层与所述纳米晶金刚石层发生界面反应后，会残留一层未反应的金属层，从而在所述金属碳化物涂层表面还存在有一层金属层。
基于上述，所述步骤（1）还包括采用超纳米金刚石悬浮液和去钴溶液对所述基体进行预处理的步骤，其中，控制经去钴溶液处理后所述基体表面的钴含量为4%～6%，其中所述超纳米金刚石悬浮液是平均粒径为4～50nm的超纳米金刚石颗粒悬浮在电阻率大于15MΩ·cm的去离子水中制得的。
基于上述，所述步骤（1）中，进行沉积微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层的步骤包括：
首先在所述预沉积基体表面温度为700℃～900℃条件下，以甲烷气体和氢气为反应气体进行沉积微米晶金刚石反应，从而在所述预处理沉积基体表面沉积一层厚度为2微米～3微米的微米晶金刚石涂层；其中，控制氢气体积百分数为98.5%～99.5%、甲烷体积百分数为0.5%～1.5%、反应压力为0.03 MPa～0.1 MPa；
然后在表面沉积有所述微米晶金刚石涂层的所述预处理沉积基体的表面温度为750℃～900℃条件下，以甲烷气体、氧气和氢气为反应气体进行沉积纳米晶金刚石反应，从而在所述微米晶金刚石涂层表面沉积一层厚度为2微米～3微米的纳米晶金刚石涂层；其中，控制所述氢气体积百分数为97.5%～98.5%、甲烷体积百分数为0.5%～1.5%、氧气的体积百分数为1.0%～1.5%。
本发明还提供一种由上述制备方法制得的金刚石/金属碳化物复合涂层，它包括至少一组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沉积在所述微米晶金刚石涂层表面的纳米晶金刚石涂层；在最外侧的所述纳米晶金刚石涂层一侧表面还沉积有金属碳化物涂层。
基于上述，所述金属碳化物涂层表面还设置有金属层。
基于上述，所述金属碳化物涂层包括碳化钛涂层、碳化钨涂层、碳化锆涂层、碳化铬涂层或碳化钒涂层。
本发明还提供一种上述金刚石/金属碳化物复合涂层的应用，所述金刚石/金属碳化物复合涂层应用在超硬材料刀具、模具或机械零部件上。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明在预沉积基体上依次生长微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层，从而避免了由于同一类型的金刚石涂层应力集中而出现的裂纹现象；在最外侧纳米晶金刚石涂层表层沉积的一层金属涂层经热处理后，它能够均匀渗透至金刚石涂层的微裂纹、缺陷以及微小空洞之中并与金刚石发生反应生成金属碳化物层，提高了金刚石涂层的热稳定性，从而使得由其制备的金刚石刀具具有良好的抗冲击性和静压强度；另一方面，金属碳化物涂层不易被氧化，隔绝了金刚石涂层与氧气的接触，提高了金刚石刀具抗氧化性能。因此具有该金刚石/金属碳化物复合涂层的刀具更加适合对不易加工材料的加工。
附图说明
图1是实施例1中的由金刚石/金属碳化物复合涂层制得的超硬材料刀具结构示意图。
图2是实施例2中的由金刚石/金属碳化物复合涂层制得的超硬材料刀具结构示意图。
图3是实施例3中的由金刚石/金属碳化物复合涂层制得的超硬材料刀具结构示意图。
图中：1、复合金刚石涂层结构单元；101、微米晶金刚石涂层；102、纳米晶金刚石涂层；2、金属碳化物涂层；3、硬质合金基体。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，它包括以下步骤：
（1）首先采用超纳米金刚石悬浮液清洗表面待沉积金刚石/金属碳化物复合涂层的基体，干燥后再经喷砂处理去除所述基体表面的缺陷、氧化层和其他杂质；然后将处理后的所述待沉积基体置于去钴溶液中控制其表面的钴含量控制在6%得到预处理沉积基体。
（2）将所述预处理沉积基体置于化学气相沉积设备中，控制化学气相沉积设备型腔真空度小于0.1 pa，然后向型腔中通入氢气并加热，当所述预处理沉积基体表面温度为900℃时，向型腔中通入甲烷气体进行沉积微米晶金刚石涂层反应，从而在所述预处理沉积基体表面沉积一层厚度为3微米的微米晶金刚石涂层；其中，控制氢气体积百分数为98.5%、甲烷体积百分数为1.5%、设备型腔中的压力为0.1 MPa、反应时间为3.5小时；
将所述化学气相沉积设备冷却至室温后，重复上述抽真空、通氢气和甲烷的步骤，并在通入甲烷气体后向所述设备型腔中通入氧气进行沉积纳米晶金刚石涂层反应；其中，控制所述氢气体积百分数为97.5%、甲烷体积百分数为1.5%、氧气的体积百分数为1.0%、设备型腔压力为0.03 MPa、沉积时间为1.5小时，从而在所述微米晶金刚石涂层表面沉积一层厚度为2微米的纳米晶金刚石涂层，从而制得沉积金刚石基体。
（3）将所述沉积金刚石基体置于真空蒸发镀膜设备中在所述纳米晶金刚石表面沉积一层金属钛层；其中，控制蒸发电流为50 A、载物台转速为400转/分钟，沉积时间为5分钟、钛丝纯度为99.99%、蒸发源纯度为99.95%、真空蒸发镀膜设备型腔真空度为0.7 Pa；
然后将表面沉积有金属钛层的沉积基体放入真空热处理炉中，在温度为920℃条件下对其进行真空热处理30分钟，使纳米晶金刚石涂层与金属钛层发生界面反应生成碳化钛涂层，从而制得金刚石/碳化钛复合涂层。
本实施例还提供一种由上述制备方法制得的金刚石/金属碳化物复合涂层，其结构如图1所示，它包括一组复合金刚石涂层结构单元1，所述复合金刚石涂层结构单元1包括微米晶金刚石涂层101和生长在所述微米晶金刚石涂层1表面的纳米晶金刚石涂层102；在最外侧的所述纳米晶金刚石涂层102一侧表面还生长有金属碳化物涂层2；本实施例中所述金属碳化物涂层2为碳化钛涂层。优选地，所述金刚石/金属碳化物复合涂层设置在硬质合金基体3上。
本发明还提供一种所述提供的金刚石/金属碳化物复合涂层的应用，所述金刚石/金属碳化物复合涂层应用在超硬材料刀具上。
实施例2
本实施例提供一种金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，具体步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于本实施例的步骤（2）为：将所述预处理沉积基体置于化学气相沉积设备中，控制化学气相沉积设备型腔真空度小于0.1pa，然后向型腔中通入氢气并加热至所述预处理沉积基体表面温度为700℃时，向型腔中通入甲烷气体进行沉积微米晶金刚石涂层反应，其中，控制氢气体积百分数为98.5%、甲烷体积百分数为1.5%、设备型腔中的压力为0.03 MPa、反应时间为3.5小时，从而在所述预处理沉积基体表面沉积一层厚度为2微米的微米晶金刚石涂层；
将所述化学气相沉积设备冷却至室温后，重复上述抽真空、通氢气和甲烷的步骤，并在通入甲烷气体后向所述设备型腔中通入氧气进行沉积纳米晶金刚石涂层反应；其中，控制所述氢气体积百分数为97.5%、甲烷体积百分数为1.5%、氧气的体积百分数为1.0%、设备型腔压力为0.03 MPa、沉积时间为1小时，从而在所述微米晶金刚石涂层表面沉积一层厚度为2微米的纳米晶金刚石涂层；
重复上述沉积微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层步骤，在所述预处理沉积基体表面沉积两组所述复合金刚石涂层结构单元，从而制得沉积金刚石基体。
所述步骤（3）中沉积在最外侧的所述复合金刚石涂层结构单元表面为一层金属钨层，将表面沉积有金属钨的沉积基体放入真空热处理炉中，在温度为850℃条件下对其进行真空热处理60分钟，使纳米晶金刚石涂层与金属钨发生界面反应生成碳化物涂层，从而制得金刚石/碳化钨复合涂层。
本实施例提供一种由上述制备方法制得的金刚石/金属碳化物复合涂层，其结构如图1所示，具体结构与实施例1中的结构大致相同，不同之处在于：本实施例中所述金属碳化物涂层2为碳化钨涂层，且所述金刚石/碳化钛涂层复合涂层具有两组所述复合金刚石涂层结构单元1，具体结构如图2所示，它包括硬质合金基体3和沉积在所述硬质合金基体3表面的两组复合金刚石涂层结构单元1，所述金属碳化物涂层2设置在最外侧的所述复合金刚石涂层结构单元1的表面。
本发明还提供一种所述提供的金刚石/金属碳化物复合涂层的应用，所述金刚石/金属碳化物复合涂层应用在超硬材料刀具上。
实施例3
本实施例提供一种金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，具体步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于本实施例的步骤（2）在所述微米晶金刚石涂层表面沉积一层厚度为2微米的纳米晶金刚石涂层之后，进行重复上述沉积微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层步骤，从而在所述预处理沉积基体表面沉积三组所述复合金刚石涂层结构单元，从而制得沉积金刚石基体。
所述步骤（3）中沉积在最外侧的所述复合金刚石涂层结构单元表面为一层金属钒层，将表面沉积有金属钒的沉积基体放入真空热处理炉中，在温度为850℃条件下对其进行真空热处理60分钟，使纳米晶金刚石涂层与金属钒发生界面反应生成碳化物涂层，从而制得金刚石/碳化钒复合涂层。
本实施例提供一种由上述制备方法制得的金刚石/金属碳化物复合涂层，具体结构与实施例1中的结构大致相同，不同之处在于：本实施例中所述金属碳化物涂层2为碳化钒涂层，且所述金刚石/碳化钒复合涂层具有三组所述复合金刚石涂层结构单元1，具体结构如图3所示，它包括硬质合金基体3和沉积在所述硬质合金基体3表面的三复合金刚石涂层结构单元1，所述金属碳化物涂层2设置在最外侧的所述复合金刚石涂层结构单元1的表面。
本发明还提供一种所述提供的金刚石/碳化钒复合涂层的应用，所述金刚石/金属碳化物复合涂层应用在超硬材料刀具上。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，它包括以下步骤：
（1）采用化学气相沉积法在预沉积基体表面进行至少一次的依次沉积微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层的步骤，制得沉积金刚石基体；
其中，该步骤还包括首先采用超纳米金刚石悬浮液和去钴溶液对预沉积基体表面进行预处理的步骤，其中，控制经去钴溶液处理后的预沉积基体表面的钴含量为4%～6%，其中所述超纳米金刚石悬浮液是平均粒径为4～50nm的超纳米金刚石颗粒悬浮在电阻率大于15MΩ·cm的去离子水中制得的；
进行沉积微米晶金刚石涂层和纳米晶金刚石涂层的步骤包括：
首先在预处理后的预沉积基体表面温度为700℃～900℃条件下，以甲烷气体和氢气为反应气体进行沉积微米晶金刚石反应，从而在预处理后的预沉积基体表面沉积一层厚度为2微米～3微米的微米晶金刚石涂层；其中，控制氢气体积百分数为98.5%～99.5%、甲烷体积百分数为0.5%～1.5%、反应压力为0.03 MPa～0.1 MPa；
然后在表面沉积有所述微米晶金刚石涂层的预沉积基体表面温度为750℃～900℃条件下，以甲烷气体、氧气和氢气为反应气体进行沉积纳米晶金刚石反应，从而在所述微米晶金刚石涂层表面沉积一层厚度为2微米～3微米的纳米晶金刚石涂层；其中，控制所述氢气体积百分数为97.5%～98.5%、甲烷体积百分数为0.5%～1.5%、氧气的体积百分数为1.0%～1.5%；
（2）采用真空蒸镀法在所述沉积金刚石基体表面沉积一层金属层并进行热处理，从而制得金刚石/金属碳化物复合涂层。
2.根据权利要求1所述的金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的金属层包括钛层、钨层、锆层、铬层或钒层。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石/金属碳化物复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）包括：首先在真空度小于0.7 Pa条件下，采用真空蒸镀法在所述沉积金刚石基体表面沉积一层厚度为0.5微米～1微米的金属层；然后在850℃～920℃条件下对表面沉积有金属层的所述沉积金刚石基体进行真空热处理30分钟～60分钟，使所述金属层与所述纳米晶金刚石涂层发生界面反应生成金属碳化物涂层，从而制得金刚石/金属碳化物复合涂层。
4.一种由权利要求1～3任一项所述的制备方法制得的金刚石/金属碳化物复合涂层，其特征在于，它包括至少一组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沉积在所述微米晶金刚石涂层表面的纳米晶金刚石涂层；在最外侧的所述纳米晶金刚石涂层一侧表面还沉积有金属碳化物涂层。
5.根据权利要求4所述的金刚石/金属碳化物复合涂层，其特征在于，所述金属碳化物涂层表面还设置有金属层。
6.根据权利要求5所述的金刚石/金属碳化物复合涂层，其特征在于，所述金属碳化物涂层包括碳化钛涂层、碳化钨涂层、碳化锆涂层、碳化铬涂层或碳化钒涂层。
7.一种权利要求5所述金刚石/金属碳化物复合涂层的应用，其特征在于，所述金刚石/金属碳化物复合涂层应用在超硬材料刀具、模具或机械零部件上。
CN201610687650.7A 2016-08-19 2016-08-19 金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用 Active CN106319518B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610687650.7A CN106319518B (zh) 2016-08-19 2016-08-19 金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610687650.7A CN106319518B (zh) 2016-08-19 2016-08-19 金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106319518A CN106319518A (zh) 2017-01-11
CN106319518B true CN106319518B (zh) 2019-07-09

Family

ID=57744764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610687650.7A Active CN106319518B (zh) 2016-08-19 2016-08-19 金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106319518B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106925775B (zh) * 2017-04-17 2019-01-25 河南工业大学 一种金刚石微粉表面镀碳化铬的方法
CN108103472B (zh) * 2017-12-27 2020-04-14 富耐克超硬材料股份有限公司 一种复合涂层刀具及其制备方法
CN111206234A (zh) * 2020-02-21 2020-05-29 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 钛基碳化钒涂层的制备方法
CN113664269B (zh) * 2021-09-14 2024-06-14 国宏工具系统（无锡）股份有限公司 一种用于高效加工复合材料的金刚石涂层刀具

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1528947A (zh) * 2003-09-29 2004-09-15 上海交通大学 硬质合金基体复杂形状刀具金刚石涂层制备方法
CN104959616A (zh) * 2015-06-23 2015-10-07 中南钻石有限公司 夹芯式金刚石聚晶复合片及其制备方法和所用结合剂
CN105216021A (zh) * 2014-06-24 2016-01-06 厦门金鹭特种合金有限公司 一种复合材料加工用金刚石涂层刀具及其制备方法
CN105386018A (zh) * 2015-10-08 2016-03-09 山东建筑大学 一种应用于石材切割刀具的金刚石表面镀覆工艺
CN105483644A (zh) * 2016-01-15 2016-04-13 中国科学院深圳先进技术研究院 多层金刚石涂层及其制备方法、涂层工具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1528947A (zh) * 2003-09-29 2004-09-15 上海交通大学 硬质合金基体复杂形状刀具金刚石涂层制备方法
CN105216021A (zh) * 2014-06-24 2016-01-06 厦门金鹭特种合金有限公司 一种复合材料加工用金刚石涂层刀具及其制备方法
CN104959616A (zh) * 2015-06-23 2015-10-07 中南钻石有限公司 夹芯式金刚石聚晶复合片及其制备方法和所用结合剂
CN105386018A (zh) * 2015-10-08 2016-03-09 山东建筑大学 一种应用于石材切割刀具的金刚石表面镀覆工艺
CN105483644A (zh) * 2016-01-15 2016-04-13 中国科学院深圳先进技术研究院 多层金刚石涂层及其制备方法、涂层工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《金刚石薄膜的表面金属化及与Ti薄膜的界面扩散反应的AES研究》;郑斌等;《材料工程》;19980820;第16-19页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106319518A (zh) 2017-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106319518B (zh) 金刚石/金属碳化物复合涂层及其制备方法和应用
CN101487121B (zh) 一种金刚石/w-c梯度结构复合涂层及其制备方法
CN101818332B (zh) 一种超硬自润滑金刚石/类金刚石复合多层涂层材料及制备方法
JP5469676B2 (ja) ダイヤモンド複合材料を製造する方法
WO2015009725A1 (en) Coated tool and methods of making and using the coated tool
CN106756880B (zh) 一种金刚石/类金刚石多层复合涂层及其制备方法
CN111254391B (zh) 超疏水类金刚石复合层及其制备方法
CN110578122A (zh) 一种AlTiN/AlTiSiN多层纳米复合涂层的制备工艺
CN109881148A (zh) 一种单相固溶体结构的AlCrTiSiN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用
Kovací et al. Effect of plasma nitriding parameters on the wear resistance of alloy Inconel 718
CN108251797A (zh) 一种钛合金切削刀具用TiAlN/CrN多层涂层及其制备方法
CN108103468A (zh) 一种金刚石涂层刀片及其制备方法
CN111005000A (zh) 一种低应力四面体非晶碳复合膜及其制备方法
Liu et al. Advances in deposition of diamond films on cemented carbide and progress of diamond coated cutting tools
CN103710695A (zh) 一种用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法
CN110343993A (zh) 一种硬质合金表面处理方法及应用
CN107513690A (zh) 一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层及其制备方法
CN110453176A (zh) 一种长寿命超纳米金刚石周期性多层涂层刀具的制备方法
KR100305315B1 (ko) 다이아몬드 막이 코팅된 절삭공구 및 그 제조방법
CN210727894U (zh) 超疏水医疗器具
Peng et al. Effect of traceable nitrogen from low-pressure plasma nitriding on diamond growth over WC-co cemented carbides
CN108396306A (zh) 一种低温沉积硬度可控的类金刚石复合薄膜的方法
CN111304612A (zh) 具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层及其制备方法
CN111155052A (zh) 一种Er2O3涂层的制备方法及应用
CN108315737A (zh) 一种基于切削刀具的复合涂层制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant