[发明专利]一种金刚石/CBN复合涂层硬质合金刀具、制备方法及装置

摘要

一种金刚石/CBN复合涂层硬质合金刀具、制备方法及装置，所述刀具表面设有金刚石/CBN涂层复合涂层，所述金刚石/CBN复合涂层由基层与表层构成，所述基层由纳米晶金刚石、微米晶金刚石交替设置构成，表层为立方氮化硼涂层。其制备方法包括除油脱脂、化学微刻蚀、等离子活化及等离子增强气态硼化、等离子清洗、金刚石泥浆超声研磨、种植纳米、微米金刚石籽晶、沉积金刚石/CBN复合涂层；所述设备包括炉体、炉膛、电加热体、等离子发生电源、样品台、加热灯丝。本发明制备的金刚石/CBN复合涂层硬质合金刀具膜层结构合理、膜基结合力好、切削性能优异，适于工业化大规模生产。

主权项

1.一种金刚石/cBN复合涂层硬质合金刀具，其特征在于，所述的金刚石/cBN复合涂层硬质合金刀具是在硬质合金刀具表面设有金刚石/cBN涂层复合涂层，所述金刚石/cBN复合涂层由基层与表层构成，所述基层由纳米晶金刚石、微米晶金刚石交替设置构成，表层为立方氮化硼涂层；制备方法，包括下述步骤：/n第一步：除油脱脂、化学微刻蚀/n对硬质合金刀具坯料采用超声碱洗除去表面的油并微刻蚀刀具表面的碳化钨后，超声纯水漂洗除杂，随后，超声酸洗除锈并微刻蚀刀具表面的钴后，超声去离子水清洗净化、烘干；/n超声碱洗选用的碱性洗液选自包含但不限于铁氰化钾、氢氧化钾、氢氧化钠中的任何一种可用于刻蚀碳化钨的浓液；碱性洗液的质量百分浓度为50～100%；/n超声酸洗选用的酸性洗液为选自包含但不限于硫酸、硝酸、盐酸、双氧水中的任何一种可用于刻蚀钴的浓液；酸性洗液的质量百分浓度为10～40%；/n碱洗时间为5～25min，酸洗时间为5s～5min；超声波的功率为10～80W Kw；/n第二步：等离子活化及等离子增强气态硼化/n将炉内抽真空后，将工件加热至300℃～1000℃，通入惰性气体或还原性气体，采用等离子来活化惰性气体或还原性气体，并对工件施加偏压加强等离子体轰击工件表面，从而活化工件表面；工件保温温度300℃～1000℃，等离子体功率100～1000，将工件置于偏压电极之间，偏压大小控制在10-60V，惰性气体或还原性气体流量控制在10～1000sccm，炉内压力控制在0.01～10Pa，保温时间为30min～2h后；将炉内温度提升100℃～300℃；等离子体功率为100～500W，偏压大小控制在-10～-80V，向炉内通入硼源，对工件表面进行等离子增强气态硼化，硼源气体流量控制在5～200sccm，控制炉内压力在3～80kPa，保温1h～10h；/n产生等离子的电源包括直流源、脉冲源、中频源、射频源中的一种；/n第四步：等离子清洗/n等离子增强气态硼化结束后，撤除硼源，向炉内通入惰性气体或还原性气体，控制炉内温度300℃～1000℃；等离子体功率为100～500W，气体流量控制在10～1000sccm，控制炉内压力在0.01～10Pa，保温30min～2h；/n第五步：金刚石泥浆超声研磨、种植纳米、微米金刚石籽晶/n将等离子清洗后的硬质合金刀具坯料置于金刚石泥浆中超声研磨，在刀具坯料表面种植纳米、微米金刚石籽晶；微米晶金刚石尺寸为0.5～200μm，纳米晶金刚石尺寸为1～500nm，微米晶金刚石与纳米晶金刚石的质量比为1： 0.5～5，金刚石泥浆中金刚石质量分数为0.005～0.05wt%，处理时间为20～40min，超声波功率为30～70W；/n第六步：沉积金刚石/cBN复合涂层/n采用化学气相沉积技术在预处理后的硬质合金表面先沉积一层掺硼微米晶金刚石，再交替沉积纳米晶金刚石、微米晶金刚石，最后沉积立方氮化硼涂层而成的多层复合涂层；/n微米金刚石沉积工艺：/n所述微米晶的沉积工艺如下： 含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比的0.5%～15%，其余为氢气，工件表面温度控制在650～900℃，生长气压控制在2～10kpa；/n纳米金刚石层沉积工艺：/n所述纳米晶沉积工艺如下：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比的0.5%～15%，氩气占炉内全部气体质量流量百分比的20～99%，其余为氢气，工件表面温度控制在500～700℃，生长气压控制在1～3kpa；/n掺硼微米晶金刚石沉积工艺参数/n在微米晶金刚石沉积工艺中，输入占炉内全部气体总体积500～20000ppm的硼源；硼源选自辛硼烷、乙硼烷、三甲基硼中的一种或多种；/n沉积立方氮化硼涂层工艺参数为：/n含硼气体总比例控制在1～10%，氮气比例控制在3～30%，氢气比例控制在1～10%，其余为惰性或还原气体；含硼气体包括硼烷、溴化硼、氯化硼、三甲基硼但不限于上述的一种或多种，惰性或还原气体包括氩气、氦气但不限于上述的一种或者多种；沉积气压控制在10～500Pa，热丝温度控制在1800～2600℃，基体温度控制在600～1100℃，热丝与基体距离控制在4～30mm，射频功率控制在50～500W，偏压控制在-5V～ -80V。/n