[发明专利]一种金刚石复合涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明提供一种金刚石复合涂层刀具及其制备方法，其包括以下步骤：将硬质合金基体置于种晶溶液中并进行超声处理，在所述硬质合金基体的表面形成金刚石混合晶种，其中，所述种晶溶液由金刚石颗粒、碳化硅粉末和水组成；再以氢气、甲烷和四甲基硅烷混合气体作为反应气源，采用化学气相沉积法在形成有所述金刚石混合晶种的硬质合金基体表面沉积金刚石复合涂层，得到金刚石复合涂层刀具。本发明还提供由该方法制得的金刚石复合涂层刀具，该方法可以有效提高涂层和硬质合金基体的结合力，延长刀具使用寿命。

技术领域

本发明属于涂层刀具领域，具体地，涉及一种金刚石复合涂层刀具及其制备方法。

背景技术

随着技术的发展，对工业刀具的要求越来越高，如加工碳纤维和高硅铝材料，需要刀具具有极高的耐磨性，金刚石涂层刀具因为具有良好的硬度和耐磨性逐渐被人们所关注。但是，现有的金刚石涂层刀具中金刚石涂层和硬质合金的结合力较弱，在使用过程中金刚石涂层容易发生脱落，严重影响金刚石涂层刀具的使用寿命。

目前研究人员已经提出多种增强金刚石涂层与基体结合力的方法，但是该方法在制备金刚石涂层的过程中对基体要求十分严格或者前处理过程过于复杂，同时在生产过程中，操作流程也十分繁琐，很难保证金刚石涂层刀具的品质。因此，开发出一种对基体要求不高、前处理操作简单易行的提高硬质合金和金刚石涂层结合强度的方法具有重要的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种金刚石复合涂层刀具及其制备方法，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种金刚石复合涂层刀具的制备方法，其包括以下步骤：

种晶将硬质合金基体置于种晶溶液中并进行超声处理，在所述硬质合金基体的表面形成金刚石混合晶种，得到种晶后的硬质合金基体；其中，所述种晶溶液由金刚石颗粒、碳化硅粉末和水组成；

沉积金刚石复合涂层以氢气、甲烷和四甲基硅烷混合气体作为反应气源，采用化学气相沉积法在所述种晶后的硬质合金基体沉积金刚石复合涂层，得到金刚石复合涂层刀具。

基于上述，所述金刚石颗粒、所述碳化硅粉末和水的质量比为1：(25～35)：1000。

基于上述，所述种晶溶液由粒度为5～10nm的金刚石颗粒悬浮液和粒度为0.2～0.6μm的碳化硅粉末混合组成。

基于上述，所述金刚石颗粒悬浮液中，所述金刚石颗粒的颗粒数量浓度为10¹⁶～10¹⁹/g。

所述金刚石颗粒悬浮液的制备方法包括：将粒度为5～10nm金刚石颗粒和水混合超声，得到所述金刚石颗粒悬浮液。

基于上述，所述沉积金刚石复合涂层的步骤包括：采用热丝化学沉积的方法，在热丝功率为8～10kW、压力为800Pa且热丝温度为2000～2300℃的条件下，在所述种晶后的硬质合金基体沉积金刚石复合涂层10～12h，得到所述金刚石复合涂层刀具；其中，在沉积所述金刚石复合涂层的过程中，所述四甲基硅烷混合气体的流量由2500～3500sccm减小为零、所述甲烷气体的流量为28～32sccm且所述氢气的流量由零增大至2800～3300sccm。

基于上述，所述沉积金刚石复合涂层的步骤包括在沉积所述金刚石复合涂层的过程中，分段控制所述四甲基硅烷混合气体、所述甲烷气体和所述氢气的流量，具体控制方式包括下列步骤：

先控制所述四甲基硅烷混合气体的流量为2500～3500sccm且所述甲烷气体的流量为28～32sccm 30～50min；

再控制所述四甲基硅烷混合气体的流量为1800～2200sccm、所述甲烷气体的流量为28～32sccm且所述氢气的流量为800～1200sccm 30～50min；