碳化硅-纳米金刚石复合涂层、其制备方法和应用、冷挤压模具凸模及模具技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅‑纳米金刚石复合涂层、其制备方法和应用、冷挤压模具凸模及模具，涉及金刚石涂层制备技术领域。碳化硅‑纳米金刚石复合涂层依次为与基体接触的碳化硅涂层以及纳米金刚石涂层。其制备方法采用热丝气相沉积法在基体表面依次沉积碳化硅涂层和纳米金刚石涂层。本发明专利技术还提供了该复合涂层在冷挤压模具中的应用，以及冷挤压模具凸模及模具。本发明专利技术碳化硅中间层有效提高涂层与基体的结合力，同时阻挡基体中的钴扩散至金刚石层中催生石墨而降低金刚石涂层的耐磨性，纳米尺寸金刚石薄膜有利于降低涂层表面粗糙度。将碳化硅‑纳米金刚石复合涂层运用到冷挤压模具凸模上，提高了凸模使用寿命，降低了凸模与工件摩擦力，提高制件质量。

Silicon carbide nano diamond composite coating, its preparation method and application, cold extrusion die punch and die

【技术实现步骤摘要】
碳化硅-纳米金刚石复合涂层、其制备方法和应用、冷挤压模具凸模及模具
本专利技术涉及金刚石涂层制备
，具体而言，涉及一种碳化硅-纳米金刚石复合涂层、其制备方法和应用、冷挤压模具凸模及模具。
技术介绍
由于金刚石具有高硬度、导热性好、低摩擦、超耐磨、结构稳定等特性，金刚石涂层已经广泛应用到刀具、零件等领域，应用最广泛的是金刚石涂层硬质合金刀具。目前金刚石涂层在拉丝模具中也得以运用，例如专利CN102586756A公开了一种拉丝模具的微孔金刚石涂层装置及涂层制备方法，专利CN101280423A公开了一种小孔径金刚石涂层拉丝模具制备方法，专利CN101280422A公开了金刚石涂层拉丝模具批量制备装置，这些均是在拉丝模内孔表面沉积生长碳化硅涂层，虽然解决其大批量生产问题，但是均未关注到金刚石涂层的膜-基结合强度以及金刚石涂层表面粗糙度问题。一方面，金刚石涂层的膜-基结合强度不高，导致金刚石涂层薄膜与基体之间的粘合力不足的原因主要包括：(1)硬质合金基体中的粘结剂Co抑制金刚石生长，而有利于粘附性差的石墨沉积；(2)在金刚石薄膜与基体的界面上，金刚石晶粒与基体之间存在微小孔隙，这些微小孔隙的存在，减少了金刚石薄膜与基体的接触面积，削弱了薄膜与基体间的结合力；(3)金刚石膜与基体材料之间热膨胀系数相差很大，并且两者之间存在较强的残余热应力，造成基体边缘处膜--基界面因高热诱发的切应力使金刚石膜的结合力变差，薄膜与基体分层。另一方面，冷镦模凸模的失效往往是由于多次挤压后模具磨损严重，表层疲劳脱落而报废。提高冷镦模凸模的寿命是降低冷镦制件成本的关键。此外冷镦过程中凸模与工件之间存在很大的摩擦力，润滑条件不佳时容易导致制件表面褶皱表面质量不高，这极大的限制了冷镦工艺的运用范围。为了解决上述问题，在其表面制备涂层是一个有效的途径。目前金刚石涂层在刀具及硬质合金拉丝模上的运用越来越普遍，但在冷挤压模具上运用的较少。因此，所期望的是提供一种金刚石涂层，其能够解决上述问题中的至少一个。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种碳化硅-纳米金刚石复合涂层，基体表面与纳米金刚石涂层之间为碳化硅中间层，能够解决上述问题中的至少一个，涂层结构简单，碳化硅中间层有效提高金刚石涂层与基体之间的结合力，同时阻挡基体中的钴扩散至金刚石涂层中催生石墨从而降低金刚石涂层的耐磨性，纳米尺寸的金刚石薄膜有利于降低涂层表面粗糙度。本专利技术的目的之二在于提供一种上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法，采用热丝气相沉积法制备，可操作性强、可控性好，工艺稳定、易于实施，便于大规模连续化工业生产。本专利技术的目的之三在于提供一种上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层或上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法制备得到的碳化硅-纳米金刚石复合涂层在冷挤压模具中的应用。本专利技术的目的之四在于提供一种结合有上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层或上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法制备得到的碳化硅-纳米金刚石复合涂层的冷挤压模具凸模，表面结合的碳化硅-纳米金刚石复合涂层与基体结合力好，耐磨性好，表面粗糙度低，能有效降低工况下凸模与工件间摩擦力，既提高凸模使用寿命也提高制件的表面质量。本专利技术的目的之五在于提供一种包括上述冷挤压模具凸模的模具，具有与上述冷挤压模具凸模相同的优势。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，提供了一种碳化硅-纳米金刚石复合涂层，所述碳化硅-纳米金刚石复合涂层依次为(a)与基体接触的碳化硅涂层，以及(b)纳米金刚石涂层。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述碳化硅涂层的厚度为3-4μm；和/或，所述碳化硅涂层中碳化硅晶粒粒径为2-3μm；和/或，所述纳米金刚石涂层的厚度为5-7μm；和/或，所述纳米金刚石涂层中金刚石晶粒粒径在100nm以下，优选为40-100nm。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述基体为冷挤压模具凸模，优选为冷镦模具凸模；优选地，所述基体的材质为硬质合金，进一步优选为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金、碳氮化钛基硬质合金、碳化铬基硬质合金或钢结硬质合金中的一种。第二方面，提供了一种上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法，包括以下步骤：采用热丝气相沉积法在基体表面依次沉积碳化硅涂层和纳米金刚石涂层，得到碳化硅-纳米金刚石复合涂层。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，沉积碳化硅涂层的工艺条件包括：气源包括甲烷、氢气和硅烷；真空室气压为1-5kPa，和/或，甲烷体积浓度为1-4％，和/或，硅烷体积浓度为1-4％，和/或，加热温度为2000-2800℃，和/或，基体温度为800-900℃，和/或，沉积时间为3-4h。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，沉积纳米金刚石涂层的工艺条件包括：气源包括甲烷和氢气；真空室气压为1-2.5kPa，和/或，甲烷体积浓度为3-5％，和/或，加热温度为1800-2800℃，和/或，基体温度为700-900℃，和/或，沉积时间为4-5h；优选地，分别独立地沉积碳化硅涂层和纳米金刚石涂层时，加热丝与基体上表面间距为5-15mm，和/或，相邻加热丝排布间距为5-12mm。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述基体是经预处理和清洗干燥处理后得到的；优选地，预处理包括喷砂处理，优选喷砂压强为300-500kPa，和/或，砂粒度为800-1000目，和/或，喷砂时间为1-5min；优选地，清洗包括用酮类超声清洗和用低碳醇超声清洗，酮类超声清洗和低碳醇超声清洗时间分别独立地为10-30min；优选酮类为丙酮，优选低碳醇为甲醇、乙醇或丙醇。第三方面，提供了一种上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层或上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法制备得到的碳化硅-纳米金刚石复合涂层在冷挤压模具中的应用。第四方面，提供了一种冷挤压模具凸模，所述冷挤压模具凸模表面结合有上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层或上述碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法制备得到的碳化硅-纳米金刚石复合涂层，碳化硅涂层与冷挤压模具凸模表面结合。第五方面，提供了一种模具，包括上述冷挤压模具凸模。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的碳化硅-纳米金刚石复合涂层由与基体结合的碳化硅涂层以及与碳化硅涂层结合的纳米金刚石涂层构成，碳化硅涂层作为基体表面与纳米金刚石涂层之间的中间层能与基体和金刚石涂层很好地结合，有效降低薄膜中的热应力，能够有效提高金刚石涂层与基体之间的结合力，同时阻挡基体中的钴扩散至金刚石涂层中催生石墨而降低金刚石涂层的耐磨性；纳米尺寸的金刚石薄膜有利于降低涂层表面粗糙度，降低摩擦力，提高耐磨性，而且涂层不需要后续抛光工序，该复合涂层结合力高、耐磨性好。(2)将本专利技术的碳化硅-纳米金刚石复合涂层用于冷墩模具凸模上，缓解直接在凸模上制备金刚石涂层结合力不佳的问题，同时能够很好地缓解冷墩模具易磨损，挤压过程凸模与工件摩擦力大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅-纳米金刚石复合涂层，其特征在于，所述碳化硅-纳米金刚石复合涂层依次为(a)与基体接触的碳化硅涂层，以及(b)纳米金刚石涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅-纳米金刚石复合涂层，其特征在于，所述碳化硅-纳米金刚石复合涂层依次为(a)与基体接触的碳化硅涂层，以及(b)纳米金刚石涂层。


2.按照权利要求1所述的碳化硅-纳米金刚石复合涂层，其特征在于，所述碳化硅涂层的厚度为3-4μm；和/或，所述碳化硅涂层中碳化硅晶粒粒径为2-3μm；和/或，
所述纳米金刚石涂层的厚度为5-7μm；和/或，所述纳米金刚石涂层中金刚石晶粒粒径在100nm以下，优选为40-100nm。


3.按照权利要求1或2所述的碳化硅-纳米金刚石复合涂层，其特征在于，所述基体为冷挤压模具凸模，优选为冷镦模具凸模；
优选地，所述基体的材质为硬质合金，进一步优选为碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金、碳氮化钛基硬质合金、碳化铬基硬质合金或钢结硬质合金中的一种。


4.一种权利要求1-3任一项所述的碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用热丝气相沉积法在基体表面依次沉积碳化硅涂层和纳米金刚石涂层，得到碳化硅-纳米金刚石复合涂层。


5.按照权利要求4所述的碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制备方法，其特征在于，沉积碳化硅涂层的工艺条件包括：气源包括甲烷、氢气和硅烷；真空室气压为1-5kPa，和/或，甲烷体积浓度为1-4％，和/或，硅烷体积浓度为1-4％，和/或，加热温度为2000-2800℃，和/或，基体温度为800-900℃，和/或，沉积时间为3-4h。


6.按照权利要求4或5所述的碳化硅-纳米金刚石复合涂层的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，陈波，王陶，杨扬，
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