一种涂覆金刚石的工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种涂覆金刚石的工艺，属于涂覆的技术领域。本发明专利技术的涂覆金刚石的工艺，包括以下步骤：(1)在金刚石基础颗粒表面通过物理气相沉积方法形成化学键合层，所述化学键合层为Fe、Ti、Cr、V、W或Mo；(2)在化学键合层表面包覆Fe‑Cu‑Ni‑Sn的水雾化预合金粉末形成冶金结合层；(3)在冶金结合层表面包覆Fe‑Cu或Fe‑Cu‑Sn的水雾化预合金粉末形成胎体过渡层。本发明专利技术的涂覆金刚石的工艺制备的金刚石颗粒可用于金刚石锯片、金刚石钻头或金刚石磨轮等金刚石工具中，并提高金刚石工具中金刚石的利用率，改善金刚石工具的锋利度和寿命。

A process of coating diamond

【技术实现步骤摘要】
一种涂覆金刚石的工艺
本专利技术涉及涂覆的
，更具体地说，本专利技术涉及一种在金刚石单晶表面包覆3层具有不同功效的金属梯度功能材料，在金刚石表面依次形成化学键合层、冶金结合层、胎体过渡层，有效改善金刚石制品中结合剂对金刚石的固结把持能力。
技术介绍
采用金属结合剂作为金刚石基础颗粒的结合材料烧结而成的具有金属胎体的金刚石工具占据了金刚石工具产品的大部分比例。但由于金刚石基础颗粒与金属或合金间有很高的界面能，致使金刚石表面不能被一般的金属或合金所浸润，金刚石基础颗粒仅机械镶嵌于金属胎体中，使得金刚石在工作中的出刃高度较低，脱落率较高，以至于金刚石基础颗粒尚未发挥出其优异的力学性能，便已出现过早的脱落现象，造成金刚石基础颗粒的利用率较低。可见，金刚石制品的性能关键是金刚石磨粒的有效利用率，其核心技术是结合剂固结胎体对金刚石的固结把持能力把持力的强弱主要与结合剂性质、对金刚石的润湿性、固结致密度、固结强度等因素有关。由于金刚石的表面既硬又滑，化学惰性极强，结合剂组分很难对其实施有效润湿与化合作用，因而也就难以有效固结把持金刚石，极大的阻碍了金刚石制品的性能发挥。如何有效提高结合剂对金刚石的固结把持力，一直是国内外金刚石制品行业所面临的共同技术难点。金刚石表面金属化的镀覆技术最早可追溯到20世纪60年代，1966年英国元素六公司以及美国GE公司相继开发了表面镀铜、镍的金刚石基础颗粒产品，镀覆技术主要包括化学镀、电镀、PVD等工艺，虽然金刚石表面通过CVD工艺等可形成化学键合层，但由于形成的Ti、Cr等容易氧化，从而导致其与胎体结合剂的冶金结合能力不足，胎体也无法有效把持金刚石，这些因素均影响结合剂对金刚石的有效固结把持，导致金刚石的利用率普遍低于30％。对此，现有技术中还公开了多层包覆的专利技术，CN85100286A(北京大学)于1986年8月27日公开了一种金刚石表面金属化的技术，其是采用沉积法、电镀法或冶金化学包覆等方法，在金刚石表面上包覆金属碳化物膜、合金层以及包覆电镀金属皮层，其中指出孕镶此种表面金属化金刚石烧结体的强度有显著的提高。金刚石基础颗粒被合金基体的粘结、嵌镶强度比起一般未经处理的金刚石有明显的提高，但在制备过程中需要经过两次真空烧结，由于制备成本较高，该技术并未得到工业推广应用。CN101680076A(英国元素六公司)于2010年3月24日公开了一种涂覆的金刚石，其采用碳化物形成元素的初级碳化物层来涂覆金刚石，用高熔点金属的次级层涂覆初级层，所述高熔点金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd或其任何组合或合金；以及用Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re的外覆层涂覆次级层。然而其中含有大量的贵金属，成本过高，难以符合工业应用需求。因此，金刚石制品行业仍亟需解决结合剂对金刚石形成稳定、持续、可靠的固结把持的可工业实用化的技术。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种涂覆金刚石的工艺。本专利技术的涂覆金刚石的工艺，其特征在于以下步骤：(1)在金刚石基础颗粒表面通过物理气相沉积方法形成化学键合层，所述化学键合层为Fe、Ti、Cr、V、W或Mo；(2)在化学键合层表面包覆Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末形成冶金结合层；(3)在冶金结合层表面包覆Fe-Cu或Fe-Cu-Sn的水雾化预合金粉末形成胎体过渡层。其中，所述金刚石基础颗粒在涂覆前还经过蚀刻处理和加热处理的预处理步骤。其中，所述蚀刻采用Ar和CH4进行等离子蚀刻，采用射频电源，功率为1200W，气压为1.0～20Pa，Ar的流量为50～120sccm，CH4的流量为5～30sccm，功率为；蚀刻后在500～800℃进行加热处理，时间为3～5min。其中，涂覆的总重量为所述金刚石基础颗粒重量的10％～120％，所述化学键合层占所述涂覆的总重量的1～10％，所述冶金结合层占所述涂覆的总重量的60～80％，所述胎体过渡层占所述涂覆的总重量的20～30％。其中，所述物理气相沉积方法为电阻加热蒸镀工艺或电子束加热蒸镀工艺。其中，所述冶金结合层和胎体过渡层采用粘结剂包覆形成。其中，所述粘结剂为聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。其中，所述Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末的组成为：50～90wt％Fe、5～30wt％Cu、1～10wt％Ni，和0.5～5wt％Sn。其中，所述Fe-Cu的水雾化预合金粉末的组成为：70～90％Fe，和10～30％Cu；所述Fe-Cu-Sn水雾化预合金粉末的组成为：70～90％Fe、10～30％Cu、0.5～3％Sn。其中，形成化学键合层后不进行真空加热处理，形成冶金结合层和胎体过渡层后不进行真空加热处理。上述涂覆金刚石的工艺制备的金刚石颗粒可用于金刚石锯片、金刚石钻头或金刚石磨轮等金刚石工具中，并提高金刚石工具中金刚石的利用率，改善金刚石工具的锋利度和寿命。与现有技术相比，本专利技术的涂覆金刚石的工艺具有以下有益效果：本专利技术对金刚石基础颗粒实施3层梯度功能化包覆，在金刚石界面处依次形成化学键合层、冶金结合层及胎体过渡层，化学键合层、冶金结合层完成对金刚石的有效润湿及冶金化固结包覆，胎体过渡层完成冶金化包覆的金刚石复合粒子与制品胎体组分的过渡连接，由此对金刚石复合颗粒形成良好的预置性把持，将传统金刚石制品中胎体对金刚石的直接接触把持转化为胎体对金属功能层的把持，从根本上改变胎体对金刚石的把持性质、形式与能力，大幅度提高金刚石的有效利用率，改善金刚石工具的锋利度及寿命；而且其中不含贵金属或稀缺金属Co等，原料成本以及加工成本均较低，有利于工业应用推广。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术的涂覆金刚石的工艺做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。在本专利技术中，金刚石基础颗粒的粒径优选为0.1mm以上，0.1mm以下的金刚石基础颗粒虽然在技术上可行，但在对其进行涂覆时，尤其是在通过物理气相沉积工艺形成化学键合层时，为了保证镀膜的质量，单词镀覆的量较少，因而成本较高，因此，从经济上考虑，所述金刚石基础颗粒的粒径优选为0.1mm以上，例如可以为0.1～10mm。在本专利技术中，所述金刚石基础颗粒采用人造工业金刚石。人造金刚石在涂覆前需要经过清洁处理(例如氧化处理和/或化学溶液的侵蚀处理)，更优选地，金刚石基础颗粒在涂覆前经过蚀刻处理和加热处理。蚀刻是在等离子蚀刻机中进行，作为示例性地，等离子蚀刻机内主要包括真空腔室，真空腔室内设有相对设置的正极和阴极，正极上还设置有用于提供蚀刻气体的喷淋头，阴极上设置有工作台，带蚀刻的金刚石基础颗粒可通过载物盘或架等设置在工作台上，阴极通过与电源适配器连接的RF电源供电。从喷淋头引入的蚀刻气体在施加的高频电场的作用下，在正极和阴极之间形成等离子体处理空间。具体来说，在本专利技术中，RF电源提供频率为13.56MHz，功率为1.2kw的能量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂覆金刚石的工艺，其特征在于包括以下步骤：/n(1)在金刚石基础颗粒表面通过物理气相沉积方法形成化学键合层，所述化学键合层为Fe、Ti、Cr、V、W或Mo；/n(2)在化学键合层表面包覆Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末形成冶金结合层；/n(3)在冶金结合层表面包覆Fe-Cu或Fe-Cu-Sn的水雾化预合金粉末形成胎体过渡层。/n

【技术特征摘要】
1.一种涂覆金刚石的工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)在金刚石基础颗粒表面通过物理气相沉积方法形成化学键合层，所述化学键合层为Fe、Ti、Cr、V、W或Mo；
(2)在化学键合层表面包覆Fe-Cu-Ni-Sn的水雾化预合金粉末形成冶金结合层；
(3)在冶金结合层表面包覆Fe-Cu或Fe-Cu-Sn的水雾化预合金粉末形成胎体过渡层。


2.根据权利要求1所述的涂覆金刚石的工艺，其特征在于：所述金刚石基础颗粒在涂覆前还经过蚀刻处理和加热处理的预处理步骤。


3.根据权利要求2所述的涂覆金刚石的工艺，其特征在于：所述蚀刻采用Ar和CH4进行等离子蚀刻，采用射频电源，功率为1200W，气压为1.0～20Pa，Ar的流量为50～120sccm，CH4的流量为5～30sccm，功率为；蚀刻后在500～800℃进行加热处理，时间为3～5min。


4.根据权利要求1所述的涂覆金刚石的工艺，其特征在于：涂覆的总重量为所述金刚石基础颗粒重量的10％～120％，所述化学键合层占所述涂覆的总重量的1～10％，所述冶金结合层占所述涂覆的总重量的60～80％，所述胎体过渡层占所述涂覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱瑜铭，董书山，
申请(专利权)人：江苏锋泰工具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32