[发明专利]一种PVD涂层的硬质合金基体表面预处理方法

说明书

本发明公开了一种PVD涂层的硬质合金基体表面预处理方法。该方法首先将硬质合金基体分别采用各号金刚石磨盘研磨、抛光后超声清洗，热风吹干放入真空箱中备用；镀膜时取出，装入炉腔进行两次加热和三次抽真空处理后向炉内连续通入氩气，利用电弧辅助等离子体刻蚀技术对基体进行离子刻蚀清洗。本发明由于两次长时间的加热将腔室内水蒸气、易挥发杂质及基体表面气体排出。电弧辅助等离子体放电技术产生均匀低能的高密度等离子体对基体进行刻蚀清洗。本发明在不损伤基体的前提下显著减少了基体表面杂质及气体，提高了基体表面活性、粗糙度以及基体温度，去除基体表面脱钴产生的疏松层，细化基体表面晶粒尺寸，提高膜基结合力及PVD涂层质量。

技术领域

本发明涉及材料表面加工领域，具体涉及一种PVD涂层的硬质合金基体表面预处理方法。

背景技术

PVD技术在20世纪初已开始应用，在之后的这些年里迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。由于PVD技术沉积温度低、过程简单、无污染、成膜均匀致密等优点使其在刀具、模具、精密零件等工件表面处理方面应用越来越广泛。

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，具有高硬度、高强度、良好的韧性、耐磨、耐热、耐腐蚀等一系列优点，被广泛用作刀具材料。涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在发达国家中，涂层刀具在刀具中的使用比例已超过80％。

附着性是涂层的重要性能之一。膜层和基体的界面结合力大小直接影响被涂层工件的使用效果和寿命以及被处理工件的工作可靠性。特别是一些特殊工况下的零件，差的结合力可能导致涂层直接脱落，因此附着性是制约薄膜材料实际应用的关键。基体表面清洁状态对附着力有很大影响。附着力是范德华力、扩散附着、机械锁和、静电力、化学键力等综合作用。表面不清洁使涂层不能直接与基体接触，大大减小了涂层与基体间的结合力。而且PVD工艺沉积温度较低，PVD涂层与基体的结合力通常都不太好。

目前常用的PVD涂层基体预处理方法是将基体抛光清洗后采用高能离子轰击基体表面。本方法在离子轰击之前增加了两次长时间的加热处理除去部分杂质以及吸附在基体表面的气体、有机物，并通过抽真空这个过程将加热蒸发出来的杂质排出腔室，抑制了涂层过程中氧化物的出现。

相比传统的离子清洗刻蚀，电弧辅助等离子体放电技术中，电弧靶正前方固定一块挡板，产生的电子由置于腔室内的阳极棒从挡板侧面拉出，充满整个腔室与通入腔室的高纯氩气碰撞，显著提高其离化率。该过程产生大量低能等离子体，使基体各部分得到均匀的刻蚀，避免了基体表面打弧和因高能离子轰击造成的损伤，产生“原子级微喷砂”的效果。

发明内容

本发明的目的在于优化传统待PVD涂层硬质合金基体的表面预处理方法，提供了一种PVD涂层的硬质合金基体表面预处理方法，该方法通过研磨抛光、超声波清洗、加热处理及电弧辅助等离子体放电技术对硬质合金基体表面进行一系列处理，使硬质合金基体表面保持一个合适的粗糙度和高度清洁，避免了对基体表面的损伤，提高样品表面活性和温度，细化基体表面晶粒尺寸，去除基体表面脱钴产生的疏松层，有效提高PVD涂层的附着力及质量，适用于待镀PVD涂层的硬质合金工件表面预处理。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种PVD涂层的硬质合金基体表面预处理方法，包括如下步骤：

1)基体研磨抛光、超声波清洗：将硬质合金基体研磨后采用天然纤维抛光布配W3.5的金刚石抛光粉进行抛光，基体磨抛后浸入无水乙醇中，利用超声波清洗机进行超声清洗；

2)储存：超声清洗后，用热风吹干，再用试样袋封好，放入真空干燥箱中备用；

3)加热与抽真空：将基体从真空干燥箱中取出，装夹在三维可旋转形星架上，送入腔室，进行抽真空和加热处理；