[发明专利]提高硬质合金与金刚石涂层结合强度的方法

摘要

本发明为一种提高硬质合金与金刚石涂层结合强度的方法，该方法通过以下技术方案实现采用双层辉光等离子体表面合金化技术，以金属碳化物形成元素材料或金属碳化物形成元素的复合材料作为靶材，以惰性气体作为保护气体、含碳气体作为先驱体，在硬质合金表层制备扩散阻挡层，然后使用化学气相沉积法在制备了扩散阻挡层的硬质合金表面沉积金刚石涂层。使用本发明制备的扩散阻挡层能够有效地阻挡Co元素向硬质合金表层扩散，不仅能够避免表面脱Co处理法对硬质合金基体的损伤，还能够避免施加过渡层法因新界面增加而引入的界面应力问题，从而能够大幅度提高金刚石涂层与硬质合金基体间的结合强度。

主权项

一种提高硬质合金与金刚石涂层结合强度的方法，其特征在于，通过如下方法实现：采用双层辉光等离子体表面合金化技术，以金属碳化物形成元素材料或金属碳化物形成元素的复合材料作为靶材，以惰性气体作为保护气体、含碳气体作为先驱体，以硬质合金作为工件（1），在工件（1）表层制备扩散阻挡层（3），最后在含有扩散阻挡层（3）的工件（1）表面制备金刚石涂层（4）；其中，所述的扩散阻挡层（3）制备工艺如下：1）将工件（1）表面用粒度为3‑10μm 的金刚石微粉研磨粗化，然后用去离子水和丙酮分别超声清洗，并用热风吹干；2）将预处理后的工件（1）放置在双层辉光等离子体表面合金化设备内，以金属碳化物形成元素材料或金属碳化物形成元素的复合材料作为靶材，调整靶材与工件（1）间距为15‑20mm，抽真空至真空度达到1Pa 以下，通入惰性气体和含碳气体的混合气体，其中惰性气体流量为60‑80sccm，含碳气体含量占惰性气体的1%‑5%，真空腔室压力控制在30‑50Pa，开启阴、源极电源，将源级电压调整至300‑600V，同时调整阴极电压，使其高于源极电压200‑300V，对工件（1）进行预溅射，预溅射温度为700‑1000℃，预溅射时间为 15 min ；3) 预溅射结束后，将阴极电压调整至400‑700V，同时调整源极电压，使其高于阴极电压100‑200V，当工件（1）温度达到预定温度700‑1000℃时，涂层开始沉积，沉积10min 后停止通入含碳气体，总沉积时间为0.5‑1h，此时制备的涂层包括扩散阻挡层（3）和沉积层（2），其中的扩散阻挡层（3）是指渗入工件（1）中硬质合金颗粒（1‑1）之间取代钴粘结剂（1‑2）的部分（3‑1）及与钴粘结剂互扩散的部分（3‑2），沉积层（2）是指沉积在工件（1）表面以外的部分；4）涂层制备结束后，再次调整阴极和源极电压，使阴极电压高于源极电压200‑300V，控制工件温度为700‑1000℃，再次通入含碳气体，含碳气体含量占惰性气体的1%‑5%，开始对工件（1）进行反溅射，去除工件（1）表面的沉积层（2），反溅射时间为0.5‑1 h，反溅射结束后，冷却并取出工件（1），反溅射去除沉积层（2）后，工件（1）的表层只剩扩散阻挡层（3）。