[实用新型]一种具有富硼化钨涂层的工件

说明书

技术领域

本实用新型涉及金刚石涂层制备技术领域，特别是涉及一种具有富硼化钨涂层的工件。

背景技术

过渡金属硼化物具有熔点高、硬度大、耐磨等优良性能。可以作为刀具、模具以及其他工件的涂层材料。随着现代制造业的不断发展，对加工精度和加工效率的要求也不断提高，高速切削、干式切削应运而生，很多普通硬质涂层材料已经难以满足加工要求，这就催生了对新型超硬涂层材料的研究。而硼含量较高的过渡金属硼化物(过渡金属富硼化物)因具有更高的强度，而受到业内人士的青睐。然而，过渡金属富硼化物随着硼含量的增多其硬度身高，但相应的膜基结合强度却降低，很难在基体上沉积出粘附性很好的涂层，成为了其在工业发展中的主要瓶颈。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供了一种具有富硼化钨涂层的工件，其通过在工件基体上先沉积一金属钨层，再沉积一硼含量梯度增加的硼化钨过渡层，最后沉积硼含量固定不变的富硼化钨涂层，以解决解决硼化钨涂层的断裂韧性差以及膜基结合强度低等问题。

第一方面，本申请提供了一种具有富硼化钨涂层的工件，包括工件基体，以及依次设置于所述工件基体上的钨层、硼化钨梯度层和富硼化钨涂层；沿所述工件基体向所述钨层的厚度方向，所述硼化钨梯度层中的硼含量逐渐增加；所述富硼化钨涂层中的晶粒为WB_y，其中，y为2.5-4的数值。

优选地，所述y为2.5，3，3.3或4。进一步地，所述y为3或4。

可选地，所述富硼化钨涂层的厚度为0.3-1.5μm。进一步优选为0.6-1.2μm。所述富硼化钨涂层中的晶粒尺寸为50-100纳米。

本申请中，所述硼化钨梯度层中的晶粒为WB_x，其中，x的取值范围为0～t，t为2～4。优选为2.5～4。更优选为3或4。

可选地，所述硼化钨梯度层中的硼含量(摩尔含量)由零开始逐渐增加至75-80％。

本申请中，金属钨层作为打底层，它的存在可以提高硼化钨牢固结合在基体上；硼化钨梯度层中，硼含量逐渐增加，其成分、硬度和热膨胀系数均呈梯度分布，无新界面的产生和成分突变的界面；硼化钨梯度层的存在，使富硼化钨涂层与金属钨层之间有了逐渐变化的过渡性链接，有效提高各层间的结合强度，并将整体涂层的应力降至趋于零，提高整体的韧性和结合力。

本申请中，钨层、硼化钨梯度层和富硼化钨涂层的厚度可根据实际需要设定，例如根据工件的尺寸、用途等设定。

所述工件基体的材质可以是硬质合金、不锈钢。工件基体可以是刀具或其他工具(如模具)、机械零部件(如航空航天、汽车领域)等。

可选地，所述钨层的厚度为0.1-0.3μm。

本申请中，为了使富硼化钨涂层获得更好的膜基结合强度，富硼化钨涂层的设置厚度最好不超过4倍所述硼化钨梯度层的厚度，例如可以是1-3倍或1-2倍的所述硼化钨梯度层的厚度。

可选地，所述硼化钨梯度层的厚度为0.3-0.5μm。适宜厚度的硼化钨梯度层，有利于形成良好的中间过渡层，能够保证钨层很好地附着在基体表面，以及为后续沉积硼化钨梯度层与所述富硼化钨涂层提供良好基础，且不会引起由于过渡层过厚而使富硼化钨涂层与基体之间的结合强度的减弱。

进一步地，所述硼化钨梯度层中，WB_x的晶粒大小为纳米级别，具体可以是30-80纳米。

本申请第一方面提供的具有富硼化钨涂层的工件，通过在工件基体与富硼化钨涂层之间设置硼含量由零开始逐渐增加的硼化钨梯度层，在保证高硬度的同时，使得富硼化钨涂层的断裂韧性较高，提高了富硼化钨涂层与工件基体之间的结合力。

相应地，本申请第二方面提供了一种具有富硼化钨涂层的工件的制备方法，包括以下步骤：

提供工件基体，对所述工件基体进行前处理；所述前处理包括超声清洗、辉光清洗和离子刻蚀清洗中的一种或多种；

在所述工件基体上沉积钨层；

以钨靶和硼靶作为靶材，采用磁控溅射的方式在所述钨层上先沉积硼化钨梯度层再沉积富硼化钨涂层，沉积过程中保持所述钨靶的功率不变，使所述硼靶的功率逐渐增大，之后保持不变，得到具有富硼化钨涂层的工件；其中，所述富硼化钨涂层中的晶粒为WB_y，其中，y为2.5-4的数值。

在本申请一实施方式中，可以先进行超声清洗，之后将超声清洗后的基底置于一镀膜设备的真空室内，先进行辉光清洗，再进行离子刻蚀清洗。这样可以更好地保证待处理工件表面的清洁度，以获得更好的沉积制备金刚石涂层的表面。