[发明专利]一种适用于切削工具的超细晶金刚石涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及切削工具的涂层，特别是涉及一种应用于切削工具上的适用于切削工具的超细晶金刚石涂层的制备方法。

背景技术

切削工具涂层处理是提高切削工具性能的重要途径之一，涂层切削工具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、磨擦系数小和热传导率低等特性，切削时可比未涂层切削工具提高寿命3~5倍以上，提高切削速度20％~70％，提高加工精度0.5~1级，降低切削工具消耗费用20％~50％。切削工具的表面涂层技术作为市场需求而发展起来的一项优质表面改性技术，由于该项技术可使切削工具获得优良的综合机械性能，不仅可有效地提高切削工具使用寿命，而且还能大幅度地提高机械加工效率，因此该项技术已与材料、加工工艺并称为切削工具制造的三大关键技术。金刚石具有高硬度、高导热率、低摩擦系数、低热膨胀系数、高耐磨性等一系列特性，是最理想的工具材料之一，但天然金刚石在地球上的含量极少，造价昂贵，且不易制成任意形状，因而限制了它的应用。由于，金刚石具有极好的物理性能，通过在形状复杂的刀具、模具、钻头等工件表面沉积上一层很薄的金刚石薄膜，可提高工件的使用性能，并满足一些特殊条件的需求。因此，现有技术中是采用化学气相沉积(CVD)方法来制备金刚石涂层，化学气相沉积(CVD)方法制备的硬质合金金刚石涂层刀具将金刚石与刀具有机的结合起来，较好的解决了刀具的硬度、强度和韧性之间的矛盾，但是，现有技术中制备出来的金刚石涂层的平均晶粒为4～10μm，晶粒较粗大，而且表面光洁度不好，韧性差，抗冲击性能较弱。这样，就影响了金刚石涂层切削工具的切削寿命，将这种金刚石涂层用于切削加工，比如用于切削AlSi(17％)合金，当切削AlSi(17％)合金至138m时，刀尖处涂层就已经大面积脱落。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种适用于切削工具的超细晶金刚石涂层的制备方法，所形成的涂层具有表面光洁度高、晶粒细密、涂层与基体粘结更牢固的特点，从而使得涂有该超细晶金刚石涂层的切削工具性能更佳、加工寿命更长。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于切削工具的超细晶金刚石涂层的制备方法，它包括如下步骤：

a.将切削工具基体装入沉积反应室内；

b.将沉积反应室抽成真空状态；

c.在沉积反应室内形成磁场；

d.向安装在沉积反应室内的阴极、阳极之间施加高电流直流电弧以及向沉积反应室的空间内通入氩气Ar、氢气H₂和甲烷CH₄三种气体；

其中，施加的电弧电流为150A～250A；

通入的甲烷CH₄/氢气H₂的比例为0.5～10％；

通入的氩气Ar流量为2000～4000sccm；

e.在沉积反应室中，气体CH₄在电弧的作用下会产生碳C自由基，在一定的温度条件下碳C自由基转换成超细金刚石沉积在切削工具基体的表面；

其中，沉积反应室内的温度为600℃～1000℃；

工作压力为0.9mbar～2mbar；

沉积时间为3～30h。

所述金刚石超细晶粒为0.3～1μm。

所述沉积反应室内的磁场由安装在沉积反应室外的线圈产生。

本发明的一种适用于切削工具的超细晶金刚石涂层的制备方法，是利用气体CH₄在电弧的作用下会产生碳C自由基，在一定的温度条件下碳C自由基在切削工具基体表面转换成金刚石超细晶粒沉积在切削工具基体表面。

本发明的有益效果是，由于采用了化学气相沉积(CVD)方法来制备金刚石涂层，且在沉积过程中，通过调节电弧电流、温度、压力、CH4/H2比例、沉积时间等重要工艺参数，使制作出来的金刚石涂层晶粒小于1μm，所形成的金刚石涂层具有表面光洁度高、晶粒细密、涂层与基体粘结更牢固的特点，从而涂有该金刚石涂层的切削工具性能更佳、加工寿命更长，使用寿命可以提高5～10倍。由该方法制成的涂层，其晶粒细小，仅为0.3～1μm，涂层的致密性大为提高，将这种金刚石涂层刀具用于切削加工AlSi(17％)合金的实验，当切削至1595m时，刀具几乎没有磨损。

附图说明

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种适用于切削工具的超细晶金刚石涂层的制备方法不局限于实施例。

图1是金刚石涂层设备的构造示意图。

具体实施方式