[发明专利]金刚石涂层刀具的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金金刚石涂层刀具的制备领域，涉及一种金刚石涂层刀具的制备方法，特别涉及一种采用酸碱腐蚀预处理工艺和过渡层以提高金刚石涂层与硬质合金基体结合强度的金刚石涂层刀具的制备方法。

背景技术

金刚石具有较高的硬度，采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）制备的金刚石涂层，可以在复杂形状硬质合金刀具基体上沉积，形成的金刚石涂层硬质合金刀具在加工石墨、纤维增强复合材料和AlSi合金等材料方面具有较高的寿命，是普通硬质合金刀具寿命的10倍以上，具有较高的性价比和市场前景。

金刚石涂层与硬质合金基体的结合有两点需要克服。第一，金刚石涂层与硬质合金基体之间的热膨胀系数差别较大，它们的热膨胀系数分别是1×10^-6 K^-1和5.4×10^-6 K^-1，在沉积冷却过程中会导致金刚石涂层与基体之间因冷却速率不同而产生分层，降低金刚石涂层与基体之间的结合强度；第二，硬质合金基体中Co相的存在也是降低金刚石涂层与基体结合强度的一个关键因素，它会推迟并阻碍金刚石涂层的形核和生长，易于在金刚石涂层与基体之间形成石墨相，降低结合强度。

为了解决以上问题，研究工作者提出了许多处理方法，在一定程度上降低了Co的含量，提高了结合强度。如：化学处理、热处理、硬质合金表面渗硼处理、离子注入的方法以及添加过渡层等，但是当前的方法还存在一定的不足。化学处理虽然能够去除刀具表面粘结钴相，但是硬质合金基体表面通常形成10-40μm厚的无钴层，无钴层厚度增加，会降低刀具的抗弯强度，引起刀具崩刃。申请号为CN201019026125.0的中国专利文献《SiC 先驱体法制备金刚石涂层的方法》中使用的SiC过渡层厚度达到5-50μm，不适用于刀具行业。申请号为CN201310355819.5的中国专利文献《一种金刚石涂层刀具的制备方法及该方法所得金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用》中提到采用溶胶凝胶法制备厚度为0.5-5μm的二氧化硅膜和对二氧化硅膜进行还原获得硅/碳化硅过渡层，但此方法制备的过渡层需要较长时间，达到120-160h，不利于工业化生产和实际应用。

因此，寻求一种能够有效提高金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合力并抑制Co元素向表层扩散、同时保持刀具刃口强度的金刚石涂层刀具的制备方法成为当务之急。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于工业生产、能提高金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合力、有效抑制Co元素向表层扩散、且能够保持刀具刃口强度的金刚石涂层刀具的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种金刚石涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

（1）刀具基体腐蚀：对刀具基体进行腐蚀处理，使刀具基体表面形成Co空层；

（2）Cr/CrN过渡层沉积：在步骤（1）得到的刀具基体表面先后沉积Cr涂层和CrN涂层，形成Cr/CrN过渡层；

（3）金刚石涂层沉积：在步骤（2）得到的刀具基体表面沉积金刚石涂层，得到金刚石涂层刀具。

上述的金刚石涂层刀具的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中，所述Co空层的厚度为1μm～4μm。

上述的金刚石涂层刀具的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中，所述腐蚀处理为先进行碱腐蚀，然后进行酸腐蚀。更优选的，所述碱腐蚀的时间为5min～20min；所述酸腐蚀的时间为5min～30min。

上述的金刚石涂层刀具的制备方法中，优选的，所述碱腐蚀中采用的碱溶液为K₃[Fe(CN)₆]、KOH和H₂O的混合溶液，所述K₃[Fe(CN)₆]、KOH、H₂O的质量比为1∶1∶5～50；所述酸腐蚀中采用的酸溶液为HNO₃、H₂SO₄、HCl、H₃PO₄和H₂O₂中的一种或几种与水的混合溶液，所述酸溶液中水的体积分数为80%～99.5%。

上述的金刚石涂层刀具的制备方法中，优选的，所述步骤（2）中，所述Cr/CrN过渡层的厚度为0.2μm～1μm；所述Cr/CrN过渡层中CrN涂层具有（200）晶面择优取向。