[发明专利]金刚石涂层的制备方法及金刚石涂层刀片

说明书

本发明提供了一种金刚石涂层的制备方法，包括以下步骤：先对硬质合金基体进行碱洗处理，然后用水清洗并干燥，得到干净硬质合金基体；将所述干净硬质合金基体放入质量分数为10%～20%的硫酸铜溶液中处理5～30 min，制得含铜过渡层的硬质合金基体；将所述含铜过渡层的硬质合金基体置于纳米金刚石有机悬浮液中超声清洗，得到硬质合金前处理体；采用化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体的表面形成金刚石涂层。本发明还提供一种金刚石涂层刀片，其包括采用上述方法制得的铜过渡层和金刚石涂层，由上述方法制备的金刚石涂层与所述硬质合金基体具有较强的结合力，从而使得所述金刚石涂层刀片具有较高的精度和较长的使用寿命。

技术领域

本发明涉及超硬材料领域，具体地，涉及一种金刚石涂层的制备方法及金刚石涂层刀片。

背景技术

金刚石涂层具有接近天然金刚石的硬度、高弹性模量、极高热导率及化学稳定性等优异性能，从而使其在加工铝合金、陶瓷、碳纤维、石墨等非铁材料领域具有广阔的应用前景。硬质合金与金刚石涂层结合，使刀具既表现出金刚石高的硬度和耐磨性，也表现出硬质合金本身良好的抗冲击性和强韧性，加之低制造成本，应用于超精密加工领域，是一种理想的刀具材料。

但是由于硬质合金中粘结相金属钴的催化作用，以及硬质合金与金刚石之间的物理性能的差异，加工过程中金刚石涂层刀片会存在涂层脱落的现象。因此在金刚石涂层前要对基体进行脱钴处理，降低基底表面钴含量。其中酸碱两步法应用最为广泛，但是经过两步法预处理之后，虽然基体表面的粘结相被去除，然而在随后金刚石的沉积过程中，基体内部深层的钴相会不断向沉积界面扩散，并对金刚石形成不良催化作用。此外，酸的腐蚀性较强，溶液配制具有一定的危险性，并且酸腐蚀时间较短通常容易处理不当造成硬质合金基底浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种金刚石涂层的制备方法及一种利用上述制备方法制备的金刚石涂层刀片，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种金刚石涂层的制备方法，包括以下步骤：

碱洗 将硬质合金基体置于铁氰化钾、氢氧化钾的混合溶液进行碱洗处理，然后用水清洗并干燥，得到干净硬质合金基体；

铜过渡层制备 将所述干净硬质合金基体放入质量分数为10%～20%的硫酸铜溶液中处理5～30 min，然后用水清洗并干燥，得到含铜过渡层的硬质合金基体；

超声清洗 将所述含铜过渡层的硬质合金基体置于纳米金刚石有机悬浮液中超声清洗10～30 min，取出、干燥，得到硬质合金前处理体；

沉积金刚石 采用化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体的表面形成金刚石涂层。

基于上述，在所述碱洗的步骤中，所述铁氰化钾、氢氧化钾的混合溶液中铁氰化钾的质量分数为5%～15%，氢氧化钾的质量分数为10%～25%。

基于上述，所述超声清洗的步骤包括：将平均粒径为20～80 nm的金刚石颗粒加入有机溶剂中，超声混合均匀，制得质量分数为0.1%～0.5%的所述纳米金刚石有机悬浮液；其中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇或体积分数为30%叔丁醇溶液。

基于上述，所述沉积金刚石的步骤包括：在压力为1～3 kPa，温度为1000～1500℃的条件下，以H₂、CH₄为反应气体源，采用热丝化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体的表面反应6～8 h，形成所述金刚石涂层。

一种金刚石涂层刀片，包括硬质合金基底刀体和依次设置于所述硬质合金基底刀体表面的铜过渡层和金刚石涂层；所述铜过渡层的厚度为2～4 μm；所述金刚石涂层的厚度为9～12 μm。

基于上述，所述铜过渡层和所述金刚石涂层是通过上述的金刚石涂层的制备方法制备的。