[发明专利]金刚石颗粒表面制备纳米晶金属涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于金刚石应用领域，具体涉及一种金刚石颗粒表面制备纳米晶金属涂层的方法。

背景技术

目前，采用金刚石颗粒和金属粉末混合压制烧结成金刚石工具是当前金刚石工具的主流，但是，金刚石与一般的金属或合金间有很高的界面能，致使金刚石表面不能被一般的金属或合金所浸润，因而在这种金属粉末烧结的金刚石工具中，金刚石仅机械镶嵌于金属胎体中，使得金刚石在工作中的出刃高度较低，脱落率较高，以致于金刚石尚未发挥出其优异的力学性能，便已出现过早脱落的现象，造成金刚石的非正常失效，降低了金刚石工具的切割效率和使用寿命。同时，由于脱落的金刚石不能得到回收利用，又造成了金刚石颗粒的极大浪费。目前，国内外一般采用在金刚石表面镀覆金属的方法来降低金刚石与胎体的界面能，常用方法有化学镀再电镀、盐浴镀、真空微蒸发镀、物理和化学气相沉积等，这些方法虽然已经取得了一定的效果，但还存在着一些不足。普通的物理气相沉积包括热蒸发镀、磁控溅射镀、离子镀等，存在工艺复杂、单次镀覆量少、镀后镀层与金刚石之间只是物理附着而没有与金刚石表面形成碳化物等问题，在工具制造的热压短时间内，难于大面积的化合物键合，所以使用效果不明显。而简单的金属粉末覆盖镀覆化学气相沉积以及盐浴镀覆方法，镀覆过程金刚石受热达到850℃以上，即使在高真空条件下，金刚石的强度也会明显下降，失去工业应用价值。目前应用较广泛的真空微蒸发镀覆技术同样需要较高的沉积温度，且镀覆的种类有限（仅限于镀Ti）,所使用的原材料中含有一定的有毒元素三氯化钛易污染环境。

发明内容

本发明提供了一种利用双阴极等离子溅射沉积法在金刚石颗粒表面制备纳米晶金属涂层的方法，制备得到的金刚石单颗粒强度和冲击强度得到提高，金刚石工具性能得到改善。

一种金刚石颗粒表面制备纳米晶金属涂层的方法，利用双阴极等离子溅射沉积法在金刚石颗粒表面形成金属涂层，使用的溅射靶材材料为Ti或Cr，所述金属涂层外层为金属晶粒，晶粒尺寸在10-100纳米，内层为100纳米厚的碳化物层。

本发明利用双阴极等离子溅射沉积法在金刚石颗粒表面原位生成尺寸十分细小、分布均匀的碳化物粒子。这些原位生成的碳化物粒子与金刚石基体间的界面无杂质污染，两者之间有理想的原位匹配，界面结合非常好，使得金刚石表面缺陷得到弥合，微裂纹得到钝化，金刚石的强度得到提高。

优选的工艺参数可以为：靶材电压800～1000V，电流2.3～6A，料盘电压300～350V，靶材与料盘间距10～20mm，料盘温度500～600℃，工作气压30～45Pa。

作为本方法的进一步改进，在溅射沉积前，金刚石颗粒需要在重量百分比为10%的HNO3、5%的NaOH溶液中煮沸、漂洗。

金刚石颗粒表面制备纳米晶Ti涂层应用于铁-镍、钴-青铜结合剂。

金刚石颗粒表面制备纳米晶Cr涂层应用于铁-青铜结合剂。

有益效果：

1.较其它金刚石金属化的方法，双阴极溅射沉积工艺在低温下（500-600℃）完成，能避免金刚石颗粒氧化失重、抗压下降，保证金刚石的使用效果。

2.所制备的涂层具有特殊的双层结构：涂层的外层为10-100纳米的金属晶粒，内层为100纳米厚的碳化物层。使得金刚石表面缺陷得到弥合，微裂纹得到钝化，金刚石的强度得到提高。

3.在涂层的保护下，金刚石的单颗粒强度和冲击强度得到显著提高。

4.表面双阴极等离子溅射沉积纳米晶金属涂层的金刚石锯片切割速率、锋利度相对于普通金刚石锯片得到明显提高。

附图说明

图1为金刚石颗粒表面纳米晶Ti涂层SEM照片，其中1是Pt保护层，2是Ti涂层；

图2为金刚石颗粒表面纳米晶Ti涂层横断面TEM照片，其中1是TiC内层，2是Ti金属层；

图3为金刚石颗粒表面纳米晶Cr涂层SEM照片，其中1是Pt保护层，2是Cr涂层；

图4为金刚石颗粒表面纳米晶Cr涂层横断面TEM照片，其中1是Cr₇C₃内层，2是Cr金属层。

具体实施方式

实施例1：

在金刚石颗粒表面双阴极等离子溅射沉积纳米晶Ti涂层，主要制备工艺步骤为：

a.将金刚石颗粒依次放入10wt.%HNO₃、5wt.%NaOH溶液中煮沸并漂洗进行清洁、粗化预处理，将处理后的金刚石颗粒放入双阴极等离子溅射沉积炉中的料盘内；