[发明专利]一种合金刀具表面金刚石梯度膜及其制备方法

说明书

一种合金刀具表面金刚石梯度膜及其制备方法，所述的金刚石梯度膜包括若干层微米晶金刚石薄膜和一层纳米晶金刚石薄膜，刀具基体表面向外依次为若干层微米晶金刚石薄膜和一层纳米晶金刚石薄膜，且各层金刚石膜晶粒尺寸由内向外依次减小。制备方法包括以下步骤：取合金刀具，对基体进行预处理后，置于金刚石悬浮液中进行道具表面接种处理，接种处理后取出，进行干燥处理；将干燥处理后的刀具基体置于热丝化学气相沉积设备的真空腔室内，在所述的刀具基体表面依次沉积生长若干层微米晶金刚石薄膜和一层纳米晶金刚石薄膜。该方法制备的金刚石梯度模晶粒结构均匀变化，内应力小，金刚石薄膜与合金刀具基体的结合强度高，刀具工作寿命大幅提高。

技术领域：

本发明属于刀具涂层技术领域，具体涉及一种合金刀具表面金刚石梯度膜及其制备方法。

背景技术：

热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜对生长参数的要求相对宽松，也可以实现复杂刀具表面基体金刚石的沉积。因此，HFCVD金刚石薄膜适合作为抗拉强度低、高脆性的脆硬材料切削刀具的涂层材料。以达到与脆硬材料间弱粘附性，具有优异的机械及摩擦学性能，有效延缓切削刃的磨损失效，提升高钴硬质合金刀具耐用度的目的。

随着金刚石薄膜的不断研究，目前所研究的多层金刚石薄膜多是微米金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜与超细纳米金刚石薄膜作为多层结构的薄膜。具体的如中国专利CN105483644 A中，制备一种至少一复合金刚石涂层结构单元，该结构单元由微米晶金刚石涂层和依次生长在所述微米晶金刚石涂层表面的纳米晶金刚石涂层和超细纳米晶金刚石涂层。

再如中国专利CN 1528947 A中，采用微波化学复合技术对刀具基体进行脱钻、脱碳及粗化预处理，再通过改变电子增强热丝CVD纳米金刚石复合涂层的工艺条件，在已经生长的微米金刚石涂层上再原位生长一层纳米级金刚石涂层。一般来说，这些多层的金刚石涂层的结构和成分并不是均匀变化的，在疲劳应力作用下会被破坏。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，解决现有多层的金刚石涂层的结构和成分不是均匀变化的，在疲劳应力作用下会被破坏的问题，提供一种合金刀具表面金刚石梯度膜及其制备方法，该方法制备的金刚石薄膜呈现均匀变化的结构和成分，减少内应力，增强金刚石薄膜与合金刀具基体的结合强度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种合金刀具表面金刚石梯度膜，所述的金刚石梯度膜包括若干层微米晶金刚石薄膜和1层纳米晶金刚石薄膜，刀具基体表面向外依次为若干层微米晶金刚石薄膜和1层纳米晶金刚石薄膜，且各层金刚石膜晶粒尺寸由内向外呈梯度依次减小。

所述的微米晶金刚石薄膜层数为3～5层，所述的微米晶金刚石薄膜晶粒尺寸为1～5um。

所述的纳米晶金刚石薄膜晶粒尺寸为10～100nm。

所述的微米晶金刚石薄膜层数为3层，所述的3层微米晶金刚石薄膜晶粒尺寸，由刀具基体表面向外依次为：第1层金刚石薄膜晶粒尺寸为3～5um，第2层金刚石薄膜晶粒尺寸为2～3um，第3层金刚石薄膜晶粒尺寸为1～2um。

所述的微米晶金刚石薄膜层数为4层，所述的4层微米晶金刚石薄膜晶粒尺寸，由刀具基体表面向外依次为：第1层金刚石薄膜晶粒尺寸为4～5um，第2层金刚石薄膜晶粒尺寸为3～4um，第3层金刚石薄膜晶粒尺寸为2～3um，第4层金刚石薄膜晶粒尺寸为1～2um。

所述的微米晶金刚石薄膜层数为5层，所述的5层微米晶金刚石薄膜晶粒尺寸，由刀具基体表面向外依次为：第1层金刚石薄膜晶粒尺寸为4～5um，第2层金刚石薄膜晶粒尺寸为3～4um，第3层金刚石薄膜晶粒尺寸为2～3um，第4层金刚石薄膜晶粒尺寸为1.5～2um；第5层金刚石薄膜晶粒尺寸为1～1.5um。

所述的合金刀具表面金刚石梯度膜采用HFCVD法制备，制备方法包括以下步骤：