本发明专利技术公开了单晶或多晶金刚石或含单晶或多晶金刚石的材料上的涂层。该涂层包括直接形成在该金刚石或含金刚石的材料上的第一粘合层，该第一层包含：基于第一层的总重量计算，与含量为0.001～0.12wt％的氟合金化的钨和钨碳化物。该涂层还包括形成在第一层上的第二保护层，该第二层至少包含：基于第二层的总重量计算，与含量为0.001～0.12wt％的氟合金化的钨。粘合层对金刚石提供优异的粘合强度，而保护层提供防止氧化的良好保护和用于使所涂覆的金刚石附接到工具的熔融金属。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及经涂覆的金刚石超硬材料，它们的涂覆方法，并且涉及经涂覆的金刚 石在耐磨材料、硬面和含磨料的工具中的应用。
技术介绍
金刚石是已知最硬的材料，广泛应用于工业中，即应用于切割、钻孔和其它操作的 工具中，也应用于经受磨损的零件中。然而，金刚石在这些应用中的使用和性能受到金刚石 的若干性质所限制。首先，由于金刚石的化学惰性及其由熔融金属造成的差的润湿性，金刚 石难以附接到工具或耐磨零件。其次，在制造或操作这些工具或耐磨零件期间经常遇到，金 刚石能在高温下进行氧化或石墨化。石墨化是硬的金刚石到软的石墨的转化，并在金刚石 与镍、钴、铁和其它金属（它们是金刚石石墨化过程的催化剂）接触时在高温下发生。在合 成金刚石的制造期间和在烧结多晶金刚石时经常使用这些金属催化剂，并且也存在于通常 用于支承金刚石的硬质合金零件中，例如存在于集成有多晶金刚石刀具的油钻头中。当金 刚石与这些金属接触时，它们变得易于石墨化，而这限制最高温度（这些可在低于400~ 500°C下使用）。这不仅限制金刚石工具的使用，它也限制高温制造工艺的使用，诸如铸造、 硬焊，和油钻工具的制造中通常采用的热喷涂、石材切割锯以及其它金刚石工具和耐磨零 件。熔融的铁族金属即使通过有限的接触面积也可迅速溶解金刚石。 使用涂层来改善金刚石的保留并同时保护金刚石免于氧化和石墨化的过去尝试 尚未产生令人满意的结果。 W02005/078041(元素六（Element Six))公开了经涂覆的磨料，可包含具有厚度 为0. 05~10 ym、优选0. 2~I ym的双层涂层的金刚石或立方硼氮化物颗粒。金属碳化物、 氮化物或碳氮化物（更具体为钛碳化物或铬碳化物）的内层由于因为其对金刚石的粘合性 良好而被使用。外层是主要通过物理气相沉积（PVD)的方法物理沉积在内层之上的钨。权 利要求5声称钨涂层的任何部分都不是碳化物。 W02005/078041中描述的钨层的若干缺点和特征与层沉积的物理方法有关，尤其 是与PVD法有关。物理涂覆的涂覆法（涉及溅射、蒸发或离子束）要求直接地视线接触到 待涂覆的表面。这意味着将不能均匀地涂覆不均匀且多孔的基材。由这些物理方法制成的 钨层较薄（通常小于lym)、多孔，并且，由于它们的化学成分和物理性质（诸如热膨胀错 配）的差异，其对内层的粘合性会受到损害。结果，这样的层不能保护金刚石免于暴露在熔 融金属中。熔融金属是诸如钴、镍或铁，可与钨形成金属间化合物，通过薄的钨层进行扩散， 并且还经由孔隙渗透到涂层中。金刚石与熔融的钴、镍或铁之间的接触能造成金刚石石墨 化，由于这些金属是将超硬金刚石转换成软石墨的催化剂。如W02005/078041所述，所制成 的彼此不相似的内层和外层之间的粘合性不足，而且它们的热性能和机械性能的错配能导 致外层在暴露于机械应力或热应力时分离，这将进一步削弱这些涂层的保护作用。外层从 内层中脱层可导致工具或耐磨零件的金刚石损失。 US8202335(美国合成公司（US Synthetic Corp))要求保护一种构造成用于对钻 头的钻头体进行硬焊的超硬磨料元件，所述超硬磨料元件包括厚度为约5 Ii m~约100 Ii m、 优选介于5 ym和60之间的钨碳化物层，钨碳化物层基本上不含粘合剂材料且基本上由钨 碳化物组成。权利要求11声称通过化学气相沉积（CVD)涂覆钨碳化物层。涂覆多晶金刚 石的目的是要增强通过硬焊将金刚石附接到钻头。 用于CVD钨碳化物涂层沉积的温度以及US8202335的描述部分中提到的其它涂覆 方法的温度通常低于600°C。对于钨来扩散穿过钨碳化物和金刚石之间的边界来说，这样的 温度太低，所以这不能通过扩散机制形成强的涂层粘合键（adhesion bond)。不像金属妈， 基本上纯的钨碳化物在碳化钨CVD工艺温度下不与碳发生反应，从而在钨碳化物层和金刚 石基材之间不形成强的化学结合。结果，对所有应用来说，钨碳化物层和金刚石之间的结合 不够强。 通过CVD或其它方法（PVD、烧结）制成的、不含粘合剂的钨碳化物是高脆性材料， 并且通常由于固有CVD沉积应力随着涂层厚度增大而迅速增大而承受高应力。除这些固有 应力之外，还有由金刚石和钨碳化物之间的热膨胀错配造成的高的热应力；金刚石的热膨 胀线性系数为I. 2 X 10 6K \而钨碳化物的热膨胀线性系数为约三倍，4X 10 6K i。结果，在涂 覆金刚石冷却到室温时，钨碳化物层将承受高的拉伸应力。厚度为5~100 ym的、脆性的、 不含粘合剂的钨碳化物将由于这些应力而倾向断裂，并且可能由于两种材料之间弱键合的 边界变得承受高应力而从金刚石中脱层。由于循环装载脆性且受到高应力的材料，任何进 一步的热处理、高温和高压处理，以及涉及加热的其它操作将进一步刺激涂层开裂。存在熔 融金属的操作（诸如硬焊）由于毛细作用而能将熔融金属引入到这些裂纹中。氧气通过微 裂纹可到达金刚石表面并将金刚石氧化。结果，在金刚石粘合、硬焊、金属喷涂或涉及高温 的其它处理期间，US8202335中公开的涂层将不会保护金刚石免于石墨化和来自熔融金属 或氧化的其它损伤。 US6524357(圣戈班（Saint-Gobain))描述涂覆由金属氧化物粉末、优选妈、|凡、钽 和钼的氧化物制成的超硬磨料。在惰性气氛中加热混合有金属氧化物粉末的金刚石，以通 过超硬磨料材料（诸如金刚石）将氧化物热化学还原成金属，然后进行氢处理以产生化学 键合到超硬磨料表面的至少一部分的、非常薄（通常为〇. Iym)的金属层。该金属层非常 薄，并且不会保护金刚石免于氧化或引起金刚石石墨化的熔融金属攻击。 US5024680(诺顿公司（Norton Company))描述一种具有涂层的涂覆过的金刚石 砂砾，该涂层具有第一层和第二层：第一层由气相沉积的铬碳化物组成，化学键合到金刚 石，且厚度优选为0. 05~0. 4 ym ;第二层由耐氧化的、形成碳化物的金属（优选妈、钽或 钼）制成，且厚度为5~15 ym。可通过电解或无电解电镀工艺将由镍、钴或铁制成的第三 层沉积在涂层的顶部。由具有不同化学性能和热性能的不相似的材料制成的这种多层涂 层结构将在层与层之间具有较弱的键合。尤其是，如同电解或者无电解沉积的镍与的钨粘 合性，气相沉积的钨与铬碳化物的粘合性通常较差。任何这些金刚石层间键的失效以及涂 层彼此或与金刚石分离将导致金刚石晶粒损失，或者导致金刚石暴露在氧化或侵蚀性金属 中。第三层的铁族金属增大金刚石石墨化的风险。铬碳化物的第一层非常薄，并且不是防 止其它金属扩散的良好屏障。大部分的三层涂层具有低的硬度，并且不能充分保护金刚石 砂砾免于机械磨损或侵蚀。 US5346719(通用电气公司）描述为涂覆主要用于电子设备的CVD金刚石所开发的 三阶段过程。在第一阶段中，通过CVD形成耐火金属（优选钨）的极薄层，在第二阶段中进 行加热处理，并最后通过CVD沉积耐火金属的附加层。初始金属层优选具有仅100~300 埃（或0? 01~0? 03 y m)的厚度，并且通过在低压（优选0? 1~I. 0托）和400~500°C 的温度下氢气处理达约〇. 5~1. 5分钟来还原六氟化钨的方式进行生产。在这些条件下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在单晶或多晶金刚石或含单晶或多晶金刚石的材料上的涂层，所述涂层包括直接形成在金刚石或含金刚石的材料上的第一粘合层，第一层包含：基于所述第一层的总重量计算，含量为0.001～0.12wt％的氟合金化的钨和钨碳化物的混合物；以及形成在所述第一层上的第二保护层，所述第二层至少包含：基于所述第二层的总重量计算，含量为0.001～0.12wt％的氟合金化的钨。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤瑞·茹克，尤瑞·拉霍特金，
申请(专利权)人：哈达德上市公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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