具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具及其制备方法，涉及硬质合金刀具加工制造领域，该具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，包括以下步骤：在硬质合金刀具表面制备微米金刚石涂层，之后通过刻蚀在所述微米金刚石涂层的表层制备纳米金刚石涂层，得到具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具，以缓解利用现有技术的加工方法得到的微纳米金刚石涂层与硬质合金刀具结合强度低造成的硬质合金刀具使用寿命较短的技术问题，同时能够缓解利用现有技术的加工方法得到的纳米金刚石涂层表面精度低以及硬度和耐磨性减弱的问题，达到延迟硬质合金刀具使用寿命的效果。

Cemented carbide cutter with micro-nano diamond coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具及其制备方法
本专利技术涉及硬质合金刀具加工制造
，尤其是涉及一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具及其制备方法。
技术介绍
金刚石涂层由于具有良好的力学性能，如高硬度、高弹性模量、良好的耐磨性，优异的耐蚀性以及热电导率等，被广泛用于硬质合金刀具(如车刀、铣刀等)的超硬保护涂层，来延长刀具的整体加工寿命。目前工业应用中主要在硬质合金表面沉积生长一层一定厚度的微米金刚石涂层，延长硬质合金刀具的使用寿命。由于微米金刚石涂层的表面粗糙度较高，后续还需要对加工工件表面进行抛光处理。目前的改善措施基本采用纳米金刚石涂层进行改善，但是由于纳米金刚石涂层本身性能的限制，其与硬质合金刀具基体间的结合强度弱，降低使用寿命。就目前而言，主要通过单层纳米金刚石涂层、复合金刚石涂层(微米-纳米复合涂层)的方式来实现降低金刚石涂层表面粗糙度以及提高加工工件的表面精度。单层纳米金刚石涂层是直接在硬质合金刀具表面沉积生长一层一定厚的的纳米金刚石。由于现有制备工艺以及生产设备的限制，所制备的纳米涂层具有较弱的涂层-硬质合金刀具结合强度，且其硬度和耐磨性均低于微米金刚石。名为纳米金刚石层的制备方法及纳米金刚石刀片(CN105483643A)的专利中，采用化学气相沉积法在硬质合金刀具基体上沉积生长一层纳米金刚石涂层，虽然改善了涂层表面精度，但是由于纳米金刚石涂层与硬质合金刀具基体的结合强度较低，进而会降低硬质合金刀具的使用寿命。而目前采用的微米-纳米复合金刚石涂层是先在硬质合金刀具表面生长一层高质量微米金刚石涂层，然后在微米金刚石涂层上原位生长一层纳米涂层。该方法虽然一定程度上改善了整体涂层与硬质合金刀具的结合强度，但是同样引入了微米金刚石涂层与纳米金刚石涂层层界面结合强度的问题，同时也并没有缓解由于沉积生长而引起的纳米金刚石涂层硬度和耐磨性减弱的问题。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，以缓解利用现有技术的加工方法得到的微纳米金刚石涂层与硬质合金刀具结合强度低造成的硬质合金刀具使用寿命较短的技术问题，同时能够缓解利用现有技术的加工方法得到的纳米金刚石涂层表面精度低以及硬度和耐磨性减弱的问题。本专利技术的第二目的在于提供一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具，具有表面精度高和使用寿命长的优点。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，包括以下步骤：在硬质合金刀具表面制备微米金刚石涂层，之后通过刻蚀在所述微米金刚石涂层的表层制备纳米金刚石涂层，得到具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具。进一步的，先对硬质合金刀具进行预处理，然后再在硬质合金刀具表面制备微米金刚石涂层。进一步的，所述预处理包括对硬质合金刀具的表面进行化学刻蚀处理的步骤。进一步的，对所述硬质合金刀具的表面进行喷砂处理后再进行化学刻蚀处理；可选地，在喷砂处理后先将硬质合金刀具清洗干净再进行化学刻蚀处理。进一步的，所述化学刻蚀的步骤包括：先用碱溶液进行刻蚀再用酸溶液进行刻蚀。进一步的，所述碱溶液包括K3[Fe(CN)]6、KOH和水组成的碱溶液；可选地，所述K3[Fe(CN)]6、KOH和水的质量比为(1～2)：(1～2)：10；可选地，所述酸溶液包括H2SO4和H2O2组成的酸溶液；可选地，所述H2SO4和H2O2的体积比为(1～2)：10。进一步的，所述化学刻蚀的步骤包括：将硬质合金刀具置于K3[Fe(CN)]6、KOH和水组成的碱溶液中进行刻蚀，之后去除硬质合金刀具表面的碱溶液，再置于H2SO4和H2O2组成的酸溶液中进行刻蚀。进一步的，所述制备方法还包括在经过化学刻蚀处理后的硬质合金刀具表面进行预植晶种的步骤。进一步的，所述预植晶种的步骤包括：将化学刻蚀处理后的硬质合金刀具置于金刚石粉悬浮液中进行超声处理。进一步的，所述金刚石粉悬浮液的浓度为：2～5wt％。进一步的，制备得到的微米金刚石涂层的厚度为1.5-3微米。进一步的，制备微米金刚石涂层的方法包括：用化学气相沉积法制备微米金刚石涂层。进一步的，所述化学气相沉积法制备微米金刚石涂层的工艺参数包括：甲烷体积分数为2％-5％，气压为0.8-2.5kPa，温度范围1800-2200℃，处理时硬质合金刀具的温度范围为600-650℃，处理时间为1-2.5h；优选工艺参数为：甲烷体积分数为3％-4％，气压为1.2-2kPa，温度范围1900-2100℃，处理时硬质合金刀具的温度范围为610-640℃，处理时间为1.2-2.2h。进一步的，所述刻蚀包括等离子体刻蚀。进一步的，采用等离子体刻蚀制备纳米金刚石涂层的工艺参数包括：真空室气压范围1.5-2kPa、灯丝温度2000-2200℃、处理时硬质合金刀具的温度范围为600-650℃、处理时间10-30min，优选工艺参数为：真空室气压范围1.6-1.9kPa、灯丝温度2000-2200℃、处理时硬质合金刀具的温度范围为610-640℃、处理时间15-25min，反应气体为氢气。一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具，根据上述具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法制备得到。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过先在硬质合金刀具表面制备一层一定厚度的微米金刚石涂层，再通过刻蚀在微米金刚石涂层的表层中制备出纳米金刚石涂层，从而获得微纳米金刚石涂层。这样既保证了微纳米金刚石涂层与硬质合金刀具的基体间具有较强的结合强度，又保证了微纳米金刚石涂层具有较低的表面粗糙度和较高的表面精度。利用该制备方法能够对各种高硬度材料及复合材料的硬质合金刀具进行精密加工，并且利用该制备方法可以同时达到提高硬质合金刀具使用寿命及加工精度的目的，有效降低了加工成本。利用本专利技术提供的制备方法得到的具有微米金刚石涂层的硬质合金刀具，其硬度为95±3GPa，杨氏模量为1139.05±362，10N载荷下其摩擦系数约为0.08±0.005。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1提供的硬质合金刀具表面的微纳米金刚石涂层的表面形貌图；图2为实施例1提供的硬质合金刀具在10N载荷下测试微纳米金刚石涂层的摩擦系数图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术的一个方面提供了一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，包括以下步骤：在硬质合金刀具表面制备微米金刚石涂层，之后通过刻蚀在所述微米金刚石涂层的表层制备纳米金刚石涂层，得到具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具。本专利技术通过先在硬质合金刀具表面制备一层一定厚度的微米金刚石涂层，再通过刻蚀在微米金刚石涂层的表层中制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在硬质合金刀具表面制备微米金刚石涂层，之后通过刻蚀在所述微米金刚石涂层的表层制备纳米金刚石涂层，得到具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具。

【技术特征摘要】
1.一种具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在硬质合金刀具表面制备微米金刚石涂层，之后通过刻蚀在所述微米金刚石涂层的表层制备纳米金刚石涂层，得到具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具。2.根据权利要求1所述的具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，先对硬质合金刀具进行预处理，然后再在硬质合金刀具表面制备微米金刚石涂层。3.根据权利要求2所述的具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，所述预处理包括对硬质合金刀具的表面进行化学刻蚀处理的步骤；优选地，对所述硬质合金刀具的表面进行喷砂处理后再进行化学刻蚀处理；优选地，在喷砂处理后先将硬质合金刀具清洗干净再进行化学刻蚀处理。4.根据权利要求3所述的具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，所述化学刻蚀的步骤包括：先用碱溶液进行刻蚀再用酸溶液进行刻蚀。5.根据权利要求4所述的具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，所述碱溶液包括K3[Fe(CN)]6、KOH和水组成的碱溶液；优选地，所述K3[Fe(CN)]6、KOH和水的质量比为(1～2)：(1～2)：10；优选地，所述酸溶液包括H2SO4和H2O2组成的酸溶液；优选地，所述H2SO4和H2O2的体积比为(1～2)：10；优选地，所述化学刻蚀的步骤包括：将硬质合金刀具置于K3[Fe(CN)]6、KOH和水组成的碱溶液中进行刻蚀，之后去除硬质合金刀具表面的碱溶液，再置于H2SO4和H2O2组成的酸溶液中进行刻蚀。6.根据权利要求3所述的具有微纳米金刚石涂层的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在经过化学刻蚀处理后的硬质合金刀具表面进行预植...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，张松全，王陶，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44