[发明专利]一种CVD金刚石涂层晶粒纳米化的方法

说明书

本发明公开了一种CVD金刚石涂层晶粒纳米化的方法，解决了现有技术中金刚石颗粒粒径只能达到微米级别，抛光困难，抛光成品率低的问题。本发明的方法包括以下步骤：预处理硬质合金拉丝模基体后，将其与热丝排布于CVD真空沉积炉内，抽至极限真空；通入氢气与甲烷；点亮热丝，使热丝的电压提升至设定值；降低氢气流量，提高甲烷流量，反应一段时间；继续降低氢气流量，提高甲烷流量，反应一段时间；再次降低氢气流量，提高甲烷流量，并通入氩气，提高热丝电压，反应一段时间；降低氢气流量，提高甲烷和氩气的流量，反应一段时间；关闭电源和气源，抽至极限真空度后，关闭反应室阀门，自然冷却。本发明能使表面金刚石晶粒呈现纳米级别。

技术领域

本发明属于金刚石涂层技术领域，具体涉及一种CVD金刚石涂层晶粒纳米化的方法。

背景技术

金刚石是自然界中最硬的物质，耐磨性好，导热性高及优异的化学稳定性等使其成为磨料和耐磨件的理想材料。但是，单晶金刚石稀有且脆，无法进行高强度的加工，致其应用领域受到限制。CVD金刚石纳米涂层薄膜具有十分接近天然金刚石的硬度、同时具有高的弹性模量、极高的热导率、良好的自润滑性和化学稳定性等优异性能。CVD金刚石涂层技术已经被成熟应用到拉丝模、喷嘴、密封环的生产中，同时切削刀具上CVD金刚石涂层技术的产业化应用也已经出现。

通常情况下，金刚石涂层方式为两步法，第一步生长第一层，第一层金刚石颗粒大，提供与基体的结合力与支撑力，第二步在第一层的基础上，生长粒径更小的金刚石颗粒，降低后期抛光难度。受技术限制，第二层金刚石颗粒粒径一般只能达到微米级别，后期抛光同样存在一定难度，且抛光成品率都不够高。

因此，提供一种方法，能在硬质合金拉丝模表面沉积一层纳米级别致密的金刚石涂层，既保证结合力与支撑力不发生变化，又保证表面涂层达到纳米级别，提高表面光洁度，降低抛光难度，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种CVD金刚石涂层晶粒纳米化的方法，解决现有技术中金刚石涂层中第二层金刚石颗粒粒径只能达到微米级别，后期抛光困难，抛光成品率不高的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种CVD金刚石涂层晶粒纳米化的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1.预处理硬质合金拉丝模基体；

步骤2.将所述拉丝模基体与热丝排布于CVD真空沉积炉内，抽至极限真空，并保持一段时间；

步骤3.第一步反应：向所述CVD真空沉积炉内中通入氢气与甲烷，并调整反应室的压力；点亮所述热丝，使所述热丝的电压提升至设定值，从而使热丝在高温下快速炭化，达到稳定的直线度；

步骤4.第二步反应：降低氢气流量，提高甲烷流量，并调整反应室的压力，反应一段时间；

步骤5.第三步反应：继续降低氢气流量，提高甲烷流量，并调整反应室的压力，反应一段时间；

步骤6.第四步反应：再次降低氢气流量，提高甲烷流量，并通入氩气，调整反应室的压力，提高所述热丝电压，反应一段时间；

步骤7.第五步反应：降低氢气流量，提高甲烷和氩气的流量，调整反应室的压力，反应一段时间；

步骤8.第五步反应结束后关闭电源和气源，将反应室抽至极限真空度后，关闭反应室阀门，待模具自然冷却后，取出模具进行检测。

优选地，所述步骤2中，所述热丝的直径为0.2-0.4mm。

优选地，所述步骤2中，抽至极限真空后保持5-15min。

优选地，所述步骤3中，氢气的流量为1800-2200sccm，甲烷的流量为11- 13sccm，并通过调节阀调节反应室内压力并维持在2.5-5KPa。