CN108893724B - 一种硬质合金中钴元素闪脱方法 - Google Patents

一种硬质合金中钴元素闪脱方法 Download PDF

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    • C23F1/44—Compositions for etching metallic material from a metallic material substrate of different composition

Abstract

本发明公开了一种硬质合金中钴元素闪脱方法，解决了现有技术中脱钴环节时间长，效率低，生产成本高的问题。本发明方法包括：将质量浓度70‑90％的硫酸溶液与质量浓度60‑80％的硝酸溶液加水混和，制得混合酸溶液；将氢氧化钾和铁氰化钾加水溶解，制成碱溶液；将硬质合金基片置于碱溶液中，加热条件下超声处理；将硬质合金基片用水超声清洗后，再置于混合酸溶液中，加热条件下超声处理；将硬质合金基片用水超声清洗后，取出，烘干，即得。本发明设计科学，方法简单，操作简便，能够实现钴元素的闪脱，两步脱钴总时间在10分钟以内即可完成，是原两步预处理法时间的1/10左右，大大提高生产效率，降低成本。

Description

一种硬质合金中钴元素闪脱方法
技术领域
本发明属于CVD金刚石涂层技术领域，具体涉及一种硬质合金中钴元素闪脱方法。
背景技术
CVD金刚石涂层具有超高的硬度、高的弹性模量、极高的热导率、良好的自润滑性和化学稳定性等优异性能。经过不断的研究与开发，CVD金刚石涂层的生长机理已经得到充分的论证。CVD金刚石涂层的生长对表面环境有着十分苛刻的要求，尤其表层钴含量。钴具有催石墨化的负面作用。钴元素在高温作用下催化金刚石形成石墨。在石墨氛围下，金刚石难以大面积生长。金刚石膜生长受阻，会在涂层薄膜表面或底层产生孔洞，降低结合力与成膜质量。氢元素在整个反应中提供刻蚀石墨相的作用，氢气在高温下分解形成的氢原子轰击基材表面，专一性地与石墨相C结合，从而起到刻蚀作用。虽然氢元素具有刻蚀作用，但作用有限，无法消除钴元素催石墨化带来的影响，如何通过预处理技术高效清除表层钴元素，达到工业化高效批量脱钴效果，是工业生产中的重要研究。
现有技术中硬质合金基体脱钴预处理一般分为两步。第一步是使用铁氰化钾配置的强碱溶液去除部分WC颗粒，使深层钴元素暴露出来，便于脱钴反应，同时能提高基体表面粗糙度，该步骤一般需要40分钟左右；第二步是弱酸脱钴，钴是金属元素，能与酸发生置换反应，产生氢气和钴盐，反应酸一般选用硝酸，配液浓度一般为8％-10％，酸性太强会发生钝化反应，影响脱钴效果，反应时间一般为40-50分钟才能清除表面钴。经两步法脱钴后，基体表面几乎检测不到钴元素，同时表面形貌也已经能够进行CVD金刚石涂层作业，能够实现金刚石形核与生长。
但是采用此方法预处理硬质合金，脱钴环节时间长，效率低，生产成本高。因此，提供一种硬质合金中钴元素闪脱方法，实现钴元素高效清除，且不会对金刚石涂层产生不良影响，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种硬质合金中钴元素闪脱方法，解决现有技术中脱钴环节时间长，效率低，生产成本高的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的一种硬质合金中钴元素闪脱方法，包括以下步骤：
步骤1.配置混合酸溶液：将质量浓度70-90％的硫酸溶液与质量浓度60-80％的硝酸溶液加水混和，制得混合酸溶液；
步骤2.配置碱溶液：将氢氧化钾和铁氰化钾加水溶解，制成碱溶液；
步骤3.将硬质合金基片置于碱溶液中，加热条件下超声处理；
步骤4.将经步骤3处理后的硬质合金基片用水超声清洗后，再置于混合酸溶液中，加热条件下超声处理；
步骤5.将经步骤4处理后的硬质合金基片用水超声清洗后，取出，烘干，即得。
进一步地，所述步骤1中，硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为0.5-2：0.5-2：5-15。
进一步地，所述步骤2中，氢氧化钾、铁氰化钾、水的质量比为0.5-2：0.5-2：5-15。
进一步地，所述步骤3中，将硬质合金基片置于碱溶液中，于35-60℃条件下超声处理3-15min。
进一步地，所述步骤4中，将硬质合金基片置于混合酸溶液中，于35-60℃条件下超声处理1-5min。
进一步地，所述步骤4中，将经步骤3处理后的硬质合金基片用水于35-60℃超声清洗0.5-3min。
进一步地，所述步骤5中，将经步骤4处理后的硬质合金基片用水于35-60℃超声清洗0.5-3min。
进一步地，所述超声的频率为25KHZ。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学，方法简单，操作简便，能够实现钴元素的闪脱，两步脱钴总时间在10分钟以内即可完成，是原两步预处理法时间的1/10左右，大大提高生产效率，降低成本。
本发明利用超声波的清洁及促进化学反应加强作用，将硬质合金与碱液的反应，以及硬质合金与酸液的反应在超声条件下进行，有效地增强了反应，缩短了反应时间。
检测结果显示，尽管本发明方法的预处理时间较现有技术中大大缩短了，但在脱钴效果上和成膜质量上，两者没有差别。采用本发明方法在提高生产效率的同时，能保证脱钴效果和成膜质量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1
本实施例提供了本发明的一种硬质合金中钴元素闪脱方法，包括以下步骤：
步骤1.配置混合酸溶液：将质量浓度80％的硫酸溶液与质量浓度70％的硝酸溶液加水混和，制得混合酸溶液；其中，硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为1：1：10。
步骤2.配置碱溶液：将氢氧化钾和铁氰化钾加水溶解，制成碱溶液；其中，氢氧化钾、铁氰化钾、水的质量比为1：1：10。
步骤3.将硬质合金基片置于碱溶液中，于45℃条件下超声处理6min。
步骤4.将经步骤3处理后的硬质合金基片用水于45℃超声清洗1min后，再置于混合酸溶液中，45℃条件下超声处理3min。
步骤5.将经步骤4处理后的硬质合金基片用水于45℃超声清洗1min后，取出，烘干，即得。
本实施例中超声的频率为25KHZ。
本实施例中超声用混合酸溶液、碱溶液、超声清洗用水均提前预热至需要温度。
实施例2
本实施例提供了本发明的一种硬质合金中钴元素闪脱方法，包括以下步骤：
步骤1.配置混合酸溶液：将质量浓度90％的硫酸溶液与质量浓度80％的硝酸溶液加水混和，制得混合酸溶液；其中，硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为2：0.5：15。
步骤2.配置碱溶液：将氢氧化钾和铁氰化钾加水溶解，制成碱溶液；其中，氢氧化钾、铁氰化钾、水的质量比为0.5：2：5。
步骤3.将硬质合金基片置于碱溶液中，于35℃条件下超声处理3min。
步骤4.将经步骤3处理后的硬质合金基片用水于60℃超声清洗3min后，再置于混合酸溶液中，60℃条件下超声处理1min。
步骤5.将经步骤4处理后的硬质合金基片用水于60℃超声清洗0.5min后，取出，烘干，即得。
本实施例中超声的频率为25KHZ。
本实施例中超声用混合酸溶液、碱溶液、超声清洗用水均提前预热至需要温度。
实施例3
本实施例提供了本发明的一种硬质合金中钴元素闪脱方法，包括以下步骤：
步骤1.配置混合酸溶液：将质量浓度70％的硫酸溶液与质量浓度60％的硝酸溶液加水混和，制得混合酸溶液；其中，硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为0.5：2：5。
步骤2.配置碱溶液：将氢氧化钾和铁氰化钾加水溶解，制成碱溶液；其中，氢氧化钾、铁氰化钾、水的质量比为2：0.5：15。
步骤3.将硬质合金基片置于碱溶液中，于60℃条件下超声处理15min。
步骤4.将经步骤3处理后的硬质合金基片用水于35℃超声清洗0.5min后，再置于混合酸溶液中，35℃条件下超声处理5min。
步骤5.将经步骤4处理后的硬质合金基片用水于35℃超声清洗3min后，取出，烘干，即得。
本实施例中超声的频率为25KHZ。
本实施例中超声用混合酸溶液、碱溶液、超声清洗用水均提前预热至需要温度。
实施例4
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硫酸溶液的质量浓度65％，其余条件均相同。
实施例5
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硫酸溶液的质量浓度95％，其余条件均相同。
实施例6
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硝酸溶液的质量浓度55％，其余条件均相同。
实施例7
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硝酸溶液的质量浓度85％，其余条件均相同。
实施例8
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为3：1：10，其余条件均相同。
实施例9
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为0.3：1：10，其余条件均相同。
实施例10
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为1：3：10，其余条件均相同。
实施例11
本实施例为对比例，与实施例1相比，本实施例中硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为1：0.3：10，其余条件均相同。
实施例12
分别将经实施例1、实施例4-11方法、以及现有技术中的两步法预处理后的硬质合金进行SEM扫描检测，检测结果发现均残留有钴元素，具体结果见表1。
分别将经实施例1、实施例4-11方法、以及现有技术中的两步法预处理后的硬质合金，进行同工艺条件的CVD金刚石涂层，并将所得的CVD金刚石涂层经SEM断层扫描，具体结果见表1。
表1
Figure BDA0001729627080000071
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种硬质合金中钴元素闪脱方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.配置混合酸溶液：将质量浓度70-90％的硫酸溶液与质量浓度60-80％的硝酸溶液加水混和，制得混合酸溶液；
步骤2.配置碱溶液：将氢氧化钾和铁氰化钾加水溶解，制成碱溶液；
步骤3.将硬质合金基片置于碱溶液中，加热条件下超声处理；
步骤4.将经步骤3处理后的硬质合金基片用水超声清洗后，再置于混合酸溶液中，加热条件下超声处理；
步骤5.将经步骤4处理后的硬质合金基片用水超声清洗后，取出，烘干，即得；
其中，所述步骤1中的硫酸溶液、硝酸溶液、水的质量比为0.5-2：0.5-2：5-15，所述步骤2中的氢氧化钾、铁氰化钾、水的质量比为0.5-2：0.5-2：5-15，所述步骤3加热条件为35-60℃，所述步骤4的加热条件为35-60℃；所述步骤3的超声处理时间为3-15min，所述步骤4中的超声处理时间为1-5min。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金中钴元素闪脱方法，其特征在于，所述步骤4中，将经步骤3处理后的硬质合金基片用水于35-60℃超声清洗0.5-3min。
3.根据权利要求2所述的一种硬质合金中钴元素闪脱方法，其特征在于，所述步骤5中，将经步骤4处理后的硬质合金基片用水于35-60℃超声清洗0.5-3min。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种硬质合金中钴元素闪脱方法，其特征在于，所述超声的频率为25kHz 。
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