金刚石涂层用复合基体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金刚石涂层用复合基体，包括：硬质合金基体、形成在所述硬质合金基体上的TiAlCN层和沉积在所述TiAlCN层表面的类金刚石层。本发明专利技术还提供一种上述金刚石涂层用复合基体的制备方法，包括：先清洗硬质合金基体，再在所述硬质合金基体上进行镀膜处理，其中，所述镀膜处理包括依次在所述硬质合金基体上镀TiAlCN层和类金刚石层。本发明专利技术提供的上述金刚石涂层用复合基体中的TiAlCN层用作Co元素屏蔽层，类金刚石层用作金刚石种晶层，增强了采用CVD法制备出的金刚石薄膜与硬质合金基体的结合强度，所以，使用本发明专利技术提供的上述复合基体有利于提高后续制备出的金刚石涂层刀具的切削性能和使用寿命。

Composite Matrix for Diamond Coating and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
金刚石涂层用复合基体及其制备方法
本专利技术涉及金刚石涂层领域，尤其涉及一种金刚石涂层用复合基体及其制备方法。
技术介绍
CVD法制备的金刚石薄膜是一种超硬的多功能材料，具有高硬度、高导热率、低摩擦系数、低热膨胀系数和高稳定性的优点。采用CVD法在硬质合金基体上制备的金刚石涂层的厚度一般在20μm以下，采用的硬质合金基体通常具有韧性好、强度高等特点。目前CVD金刚石涂层硬质合金刀具产品存在的问题之一是金刚石薄膜和硬质合金刀片粘附性差。在加工过程中金刚石薄膜涂层的过早脱落，极大的降低涂层刀片的切削性能和使用寿命，如何改善金刚石薄膜和硬质合金基体的粘结性，如何增强金刚石在硬质合金表面的成核率是当前需要解决的问题。为此，富耐克在申请号为CN2016112474099的专利技术专利中提供一种沉积CVD金刚石涂层基体除油脱钴方法，其步骤包括：首先采用无水丙酮溶液浸泡硬质合金基体，得到预处理硬质合金基体；然后采用碱性清洗剂清洗所述预处理硬质合金基体，得到碱洗硬质合金基体；最后依次对所述碱洗硬质合金基体进行喷砂、氧等离子体清洗处理得到硬质合金除油基体，然后采用含有高氯酸的混合酸对所述硬质合金除油基体进行酸洗脱钴处理，从而得到洁净的沉积CVD金刚石涂层基体制得洁净的沉积CVD金刚石涂层基体。该专利技术专利主要利用化学侵蚀液清洗法对硬质合金基体进行处理，成本较低，易于工业化应用，然而化学侵蚀液清洗法通常采用酸碱液进行清洗，产生大量的酸碱废液对环境造成污染。此外，现有技术中有采用金刚石微粉悬浮液超声波清洗的方法增强金刚石在硬质合金表面的成核率，该方法虽然会在金刚石基体上形成的用作晶种的金刚石微粉，但晶种数量不可控，而且会产生大量的金刚石微粉悬浮液废液，浪费严重。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术确有必要提供一种金刚石涂层用复合基体及其制备方法，以解决上述问题。为此，本专利技术提供的技术方案为：一种金刚石涂层用复合基体，包括：硬质合金基体、形成在所述硬质合金基体上的TiAlCN层和沉积在所述TiAlCN层表面的类金刚石层。其中，所述硬质合金基体可以为普通的硬质合金刀具。基于上述，所述TiAlCN层的厚度为200～400nm。所述TiAlCN层主要起到Co元素屏蔽层，主要是屏蔽硬质合金基体中的Co元素并与Co元素形成化合物阻止Co元素向表面扩散，以免最终影响金刚石薄膜与硬质合金基体的结合强度。所以，所述TiAlCN层的厚度不能太薄，也没有必要太厚，而且太厚会增加成本。基于上述，所述类金刚石层的厚度为5～30nm。所述类金刚石层起到金刚石晶种层的作用，主要是为后续CVD法沉积金刚石薄膜提供晶种。基于上述金刚石涂层用复合基体，还包括形成在所述硬质合金基体和所述TiAlCN层之间的CrAl层。基于上述，所述CrAl层的厚度为50～250nm。所述CrAl层主要作为所述硬质合金基体与所述TiAlCN层的过渡层，其厚度太薄不能较好地起到连接所述硬质合金基体与所述TiAlCN层的作用，也没有必要太厚，而且太厚会增加成本。本专利技术还提供一种上述金刚石涂层用复合基体的制备方法，包括先清洗硬质合金基体，再在所述硬质合金基体上进行镀膜处理，其中，所述镀膜处理包括依次在所述硬质合金基体上形成TiAlCN层和类金刚石层。基于上述，所述镀膜处理的步骤还包括：在所述硬质合金基体上形成所述TiAlCN层之前，在所述硬质合金基体的表面镀CrAl层。基于上述，所述镀膜处理的方法为电弧离子镀膜法或磁控溅射镀膜法。基于上述，所述镀膜处理的步骤包括：将清洗后的所述硬质合金基体置于镀膜机，所述镀膜机的镀膜腔体内的压强为1×10-3～5×10-3Pa，负偏压为80～100V，转台速度为0.3～0.6rpm，且温度控制在700℃～800℃；以120～180mln的流量向所述镀膜腔体内通入氩气，选择CrAl复合靶为CrAl涂层的溅射靶材，该CrAl复合靶在功率为3000～4000W的条件下，在所述硬质合金基体的表面溅射沉积10～30min，形成厚度为50～250nm的CrAl层，其中，所述CrAl复合靶中的Cr和Al的面积比为5:3；将氮气以80～120mln的流量和氩气以40～60mln的流量同时通入所述镀膜腔体内，选择石墨靶、TiAl复合靶和钛靶作为TiAlCN涂层的溅射靶材，并在所述石墨靶材的功率为800～1200W、所述TiAl复合靶的功率为2500～3500W和所述钛靶的功率为250～350W的条件下，在所述CrAl层的表面沉积10～30min，形成厚度为200～400nm的TiAlCN层，其中，所述TiAl复合靶中的Al和Ti的面积比为3:5；将氩气以180～250mln的流量通入所述镀膜腔体内，选择所述石墨靶为类金刚石层的溅射靶材，并在所述石墨靶材的功率为250～350W的条件下，在所述TiAlCN层的表面沉积10～30min，形成厚度为5～30nm的类金刚石层。基于上述，所述清洗所述硬质合金基体的步骤包括：所述硬质合金基体先依次在丙酮、无水乙醇和蒸馏水中分别进行超声处理，然后再在烘箱中烘干。与现有技术相比，本专利技术提供的金刚石涂层用复合基体包括TiAlCN层和类金刚石层，通过所述TiAlCN层屏蔽所述硬质合金基体中的Co元素并与Co元素形成化合物阻止Co元素向类金刚石层的表面扩散，并且所述类金刚石层能够为金刚石薄膜生长提供种晶，从而增强了采用CVD法制备出的金刚石薄膜与硬质合金基体的结合强度，所以，使用本专利技术提供的上述复合基体有利于提高后续制备出的金刚石涂层刀具的切削性能和使用寿命。进一步，在所述硬质合金基体与所述TiAlCN层之间设置作为过渡层的CrAl层，用于增强所述硬质合金基体与所述TiAlCN层之间的结合力，以进一步有利于增强所述金刚石薄膜与硬质合金基体的结合强度。本专利技术通过先清洗硬质合金基体再在进行镀膜处理的方法制备所述金刚石涂层用复合基体，该制备方法避免使用大量的酸碱液就能减少或避免Co元素对CVD法制备出的金刚石薄膜与硬质合金基体的结合强度的影响，方法简单，而且环保。进一步，本专利技术采用电弧离子镀膜法或磁控溅射镀膜法在硬质合金基体上镀膜，尤其是采用高功率脉冲磁控溅射镀膜法形成所述CrAl层、TiAlCN层和类金刚石层，节能环保。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的金刚石涂层用复合基体的结构示意图。图2是本专利技术实施例2提供的金刚石涂层用复合基体的结构示意图。其中，各图中：硬质合金基体11、TiAlCN层13、类金刚石层14、CrAl层22。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。实施例1请参阅图1，本专利技术实施例1提供一种金刚石涂层用复合基体，其主要由三层结构组成，具体包括硬质合金基体11、形成在所述硬质合金基体11上表面的TiAlCN层13和沉积在所述TiAlCN层上表面的类金刚石层14，其中，所述TiAlCN层13的厚度为400nm，所述类金刚石层14的厚度为25nm。其中，所述TiAlCN层13主要是屏蔽硬质合金基体11中的Co元素并与Co元素形成化合物阻止Co元素向硬质合金基体11的上表面扩散，以免最终影响后续CVD法沉积制备出的金刚石薄膜与硬质合金基体11的结合强度；所述类金刚石层14主要是为后续CVD法沉积金刚石薄膜提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石涂层用复合基体，其特征在于，包括：硬质合金基体、形成在所述硬质合金基体上的TiAlCN层和沉积在所述TiAlCN层表面的类金刚石层。

【技术特征摘要】
1.一种金刚石涂层用复合基体，其特征在于，包括：硬质合金基体、形成在所述硬质合金基体上的TiAlCN层和沉积在所述TiAlCN层表面的类金刚石层。2.根据权利要求1所述的金刚石涂层用复合基体，其特征在于，所述TiAlCN层的厚度为200～400nm。3.根据权利要求1所述的金刚石涂层用复合基体，其特征在于，所述类金刚石层的厚度为5～30nm。4.根据权利要求1或2或3所述的金刚石涂层用复合基体，其特征在于，还包括形成在所述硬质合金基体和所述TiAlCN层之间的CrAl层。5.根据权利要求4所述的金刚石涂层用复合基体，其特征在于，所述CrAl层的厚度为50～250nm。6.一种权利要求1～5任一项所述的金刚石涂层用复合基体的制备方法，包括：先清洗硬质合金基体，再在所述硬质合金基体上进行镀膜处理，其中，所述镀膜处理包括依次在所述硬质合金基体上形成TiAlCN层和类金刚石层。7.根据权利要求6所述的金刚石涂层用复合基体的制备方法，其特征在于，所述镀膜处理的步骤还包括在所述硬质合金基体上形成所述TiAlCN层之前，在所述硬质合金基体的表面镀CrAl层。8.根据权利要求7所述的金刚石涂层用复合基体的制备方法，其特征在于，所述镀膜处理的方法为电弧离子镀膜法或磁控溅射镀膜法。9.根据权利要求8所述的金刚石涂层用复合基体的制备方法，其特征在于，所述镀膜处理的步骤包括：将清洗后的所述硬质合金基体置于镀膜机，所述镀膜机的镀膜腔体内的压强为1×10-3～...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔帅斐，李翠，李和鑫，宜娟，
申请(专利权)人：河南富莱格超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41