纳米金刚石层的制备方法及纳米金刚石刀片技术

本发明专利技术提供一种纳米金刚石层的制备方法，包括以下步骤：先对硬质合金基体进行酸洗处理，再用水清洗并干燥，得到干净硬质合金基体；将所述干净硬质合金基体置于超纳米金刚石悬浮液中进行超声清洗10～40min，然后在80℃～150℃的温度下干燥10～30min，得到硬质合金前处理体，所述超纳米金刚石悬浮液包括粒径为4～100nm的超纳米金刚石颗粒；采用化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体上形成纳米金刚石层。本发明专利技术还提供一种纳米金刚石刀片，其包括采用上述方法沉积的纳米金刚石层。由上述方法制备的纳米金刚石层与所述硬质合金基体具有较强的结合力，从而使得上述纳米金刚石刀片具有较高的精度和较长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超硬材料
，具体涉及一种纳米金刚石层的制备方法及纳米金刚石刀片。
技术介绍
随着超硬材料的种类越来越多，而且作为加工切削行业的涂层刀具也越来越多。金刚石涂层刀具由于具有最高的硬度和最高的热导率，以及极低的摩擦系数和热膨胀系数。使之在加工材料行业仍占有绝对优势，比如加工有色金属、碳纤维、石墨和陶瓷领域等。但随着加工行业对加工精度的要求不断提高，使得一般的金刚石刀具难以满足现状，理想的精加工刀具是要求刀具表面需要极其光滑，使之能够在加工材料过程中提高加工精度。纳米金刚石涂层刀具，不但保持了块体金刚石所具有的硬度和热导率的优点，表现在切割过程中具有很高的硬度，保证了金刚石刀具的使用寿命;还兼具纳米材料的一些特性，如更加平整的表面光洁度，纳米金刚石在结构上主要以SP3杂化键连接而成的某种网状结构，保证了在切削过程中的精度，相比于微米金刚石涂层具有更低的表面粗糙度、更低的摩擦系数，更适用于精加工领域。但采用现有的涂层方法制备的纳米或者超纳米金刚石涂层存在纳米或超纳米金刚石涂层与硬质合金基体的结合力不强的问题，从而使得现有的金刚石涂层刀具的精度不够好，使用寿命比较短。
技术实现思路
由鉴于此，本专利技术确有必要提供一种纳米金刚石层的制备方法及纳米金刚石刀片，以解决上述问题。为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案主要是通过在硬质合金基体未沉积纳米金刚石层之前，在所述硬质合金基体上事先形成超纳米金刚石颗粒，以增加后续形成的纳米金刚石层的成核量。具体地，本专利技术提供一种纳米金刚石层的制备方法，包括以下步骤: 酸洗:先对硬质合金基体进行酸洗处理，再用水清洗并干燥，得到干净硬质合金基体；超声清洗:将所述干净硬质合金基体置于超纳米金刚石悬浮液中进行超声清洗10?40min，然后在80°C?150°C的温度下，干燥10?30 min，得到硬质合金前处理体，其中，所述超纳米金刚石悬浮液包括粒径为4?100 nm的超纳米金刚石颗粒； 沉积:采用化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体上形成纳米金刚石层。本文中的“超纳米金刚石颗粒”是指平均粒径为4?100nm的纳米金刚石颗粒。本文中的“粒径”主要是指纳米金刚石颗粒的平均粒径。基于上述，所述超纳米金刚石悬浮液是通过先配制超纳米金刚石颗粒数目浓度为1016?1019/g的浓超纳米金刚石悬浮液，再取2 ml所述浓超纳米金刚石悬浮液滴入10?50ml的高纯水中并搅拌均匀进行稀释而制得的，其中，所述浓超纳米金刚石悬浮液在常温下的pH值为3?5，所述高纯水的电阻率在15ΜΩ.CM以上。本专利技术还提供一种纳米金刚石刀片，其包括硬质合金基体和采用上述方法沉积在所述硬质合金基体上的纳米金刚石层，所述纳米金刚石层中的纳米金刚石颗粒的平均粒径为30?800 nm。基于上述，所述纳米金刚石层的表面算术平均粗糙度(Ra)是50?600 nm。与现有技术相比，本专利技术提供的纳米金刚石层的制备方法主要是通过在沉积纳米金刚石层之前，先采用所述超纳米金刚石悬浮液中对硬质合金基体进行超声清洗而制得的；由于所述超纳米金刚石悬浮液中的超纳米金刚石颗粒的粒径比较小，硬质合金基体经过超纳米金刚石悬浮液的超声清洗，容易在该硬质合金基体的表面吸附小粒径的超纳米金刚石颗粒;如此，吸附在所述硬质合金表面的超纳米金刚石颗粒可以作为后续沉积所述纳米金刚石层晶核，有利于纳米金刚石的成核，增加纳米金刚石的成核量，有利于纳米金刚石层的沉积，进而增加纳米金刚石层与硬质合金基体的结合力。因此，本专利技术提供的纳米金刚石刀片包含上述纳米金刚石层可以增加所述纳米金刚石刀片的精度、耐磨性及使用寿命。试验证明:采用数显显微维氏硬度计(VTD512)对由本专利技术提供的方法制备的纳米金刚石层做压痕测试，从金刚石膜脱离方式、压痕周边裂纹、压痕半径三方面来分析金刚石膜的与基底的结合力，所述纳米金刚石层虽有压痕损伤但压痕不明显且半径小于30 μπι，压痕周边无裂纹，预示着本征应力和热应力的显著下降，因此，由本专利技术提供的方法制备的纳米金刚石层与硬质合金基体有比较强的结合力。另外，以国际标准ISO针对WC_6%wt.Co规定以1/2切削深度处后刀面上磨损带宽VB作为磨钝标准，硬质合金刀具的磨钝标准VB= 0.4mm。车削设备:CK6136I数控车床、车削材料:ZAlSil2、车削速度V= 200 m/min、进给量f = 24 mm/min、车削深度ap = 0.5 mm，在磨损量VB=0.4 mm下，本专利技术提供的纳米金刚石刀片的寿命为300?500 min。【具体实施方式】下面通过【具体实施方式】，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术提供一种纳米金刚石层的制备方法，包括以下步骤: 酸洗:先对硬质合金基体进行酸洗处理，再用水清洗并干燥，得到干净硬质合金基体；超声清洗:将所述干净硬质合金基体置于超纳米金刚石悬浮液中进行超声清洗10?40min，然后在80°C?150°C的温度下干燥10?30 min，得到硬质合金前处理体，其中，所述超纳米金刚石悬浮液包括粒径为4?100 nm的超纳米金刚石颗粒； 沉积:采用化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体上形成纳米金刚石层。所述酸洗步骤是采用现有的硬质合金基体的酸洗工艺，比如:取质量分数为95%?98%的浓硫酸溶液10ml，用蒸馈水稀释至100ml，将所述硬质合金基体放入硫酸稀释液中1?5 min，之后用蒸馏水清洗干净并干燥，得到所述干净硬质合金基体。其中，所述硬质合金基体可以为钨钴合金、钨钛钴合金或钨钛钽合金。在所述超声酸洗的步骤中，所述超纳米金刚石悬浮液是通过先配制超纳米金刚石颗粒数目浓度为1016?1019/g的浓超纳米金刚石悬浮液，再取2 ml所述浓超纳米金刚石悬浮液滴入10?50 ml的高纯水中并搅拌均匀进行稀释而制得的，其中，所述浓超纳米金刚石悬浮液在常温下的pH值为3?5，所述高纯水的电阻率在15ΜΩ.CM以上。该步骤中，之所以采用高纯水稀释所述浓超纳米金刚石悬浮液是为了避免因引入杂质而影响纳米金刚石颗粒吸附在所述干净硬质合金基体上。所述超声酸洗的步骤之后，不需要再用水清洗，直接进行后续步骤。所述超声酸洗的步骤的主要目的是为了进一步清洗所述硬质合金基体，将超纳米金刚石颗粒吸附在所述干净硬质合金基体表面上，为后续沉积所述纳米金刚石层提供晶核，有利于纳米金刚石的成核，增加纳米金刚石的成核量，有利于纳米金刚石层的沉积，进而增加纳米金刚石层与硬质合金基体的结合力。所述超纳米金刚石悬浮液主要是为了提供超纳米金刚石颗粒;也就是说，无论所述超纳米金刚石悬浮液的具体组成是什么，只要所述超级纳米金刚石悬浮液中含有粒径为4?100 nm的纳米金刚石颗粒，且可以在超声的作用下稳定地吸附在硬质基体合金上，就可以达到本专利技术的目的。所述超声酸洗步骤中采用超声清洗的方法，可以使得所述超纳米金刚石悬浮液中的超纳米金刚石颗粒均分分散，并且均匀地形成在所述干净硬质合金基体上，避免超纳米金刚石颗粒在所述干净硬质合金基体的表面团聚。所述沉积的步骤是采用现有的化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体上沉积所述纳米金刚石层的。试验证明:采用数显显微维氏硬度计(VTD512)对由本专利技术提供的方法制备的纳米金刚石层做压痕测试，从金刚石膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米金刚石层的制备方法，包括以下步骤：酸洗：先对硬质合金基体进行酸洗处理，再用水清洗并干燥，得到干净硬质合金基体；超声清洗：将所述干净硬质合金基体置于超纳米金刚石悬浮液中进行超声清洗10～40 min，然后在80℃～150℃的温度下，干燥10～30 min，得到硬质合金前处理体，其中，所述超纳米金刚石悬浮液包括粒径为4～100 nm的超纳米金刚石颗粒；沉积：采用化学气相沉积法在所述硬质合金前处理体上形成纳米金刚石层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许立，李丙文，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41