一种金刚石薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金刚石薄膜的制备方法，包括：将带有金属镀层的金刚石粉末和金属黏合剂粉末按照预设重量比例进行混合；将混合粉于真空条件下加热至第一预设温度进行脱水气处理；将混合粉输送至真空喷粉区域中的喷枪中，并将金属基体放置于真空喷粉区域中与喷枪的喷射口相对的一侧，将载气加压加速形成超声速气流，在预设载气压力和预设载气预热温度下，控制喷涂距离和送粉量，使得超声速气流将所述混合粉加速至高速状态后去撞击金属基体表面，在激光的辅助下，最终制得金刚石薄膜。本发明专利技术通过超声速气流将金刚石粉末加速至高速状态后沉积在金属基体表面，形成薄膜，有效提高了金刚石薄膜与金属基板的附着力，延长了器件的使用寿命。使用寿命。使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及薄膜制备
，具体而言，涉及一种金刚石薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]金刚石具有良好的耐磨性能及极高的硬度，石油、矿山、隧道、建筑等领域广泛使用金刚石钻具，钻具除了齿头或齿刀是焊接金刚石材料，其他部分是合金材料，金刚石钻具使用的条件是比较恶劣，长期工作在有腐蚀，摩擦和磨损的环境，致使金刚石钻具的表面磨损和被腐蚀，但金刚石齿头或齿刀部分的结构和性能完好没有损伤破坏，但因钻具表面磨损和被腐蚀过早地发生失效破坏而缩短了其使用寿命。各种常规的表面处理技术，如涂料涂层，电镀，化学镀，热喷涂等，他们所产生的处理层与金属基板为机械结合，结合力较差，不能适用于摩擦、磨损条件苛刻的环境。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术提出了一种金刚石薄膜的制备方法，旨在解决现有钻具表面处理层与金属基板的结合力较差的问题。本专利技术提出了一种金刚石薄膜的制备方法，包括以下步骤：将带有金属镀层的金刚石粉末和金属黏合剂粉末按照预设重量比例进行混合；将所述混合粉于真空条件下加热至第一预设温度进行脱水气处理；将上述混合粉输送至真空喷粉区域中的喷枪中，并将金属基体放置于所述真空喷粉区域中与所述喷枪的喷射口相对的一侧，将载气加压加速形成超声速气流，在预设载气压力和预设载气预热温度下，控制喷涂距离和送粉量，使得所述超声速气流将所述混合粉加速至高速状态后去撞击所述金属基体表面以形成沉积层，在激光的辅助下，最终制得金刚石薄膜。
[0004]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，所述带有金属镀层的金刚石粉末中的金属镀层为Ti、Ni、Co、Cr、Mo和W金属中的至少一种；和/或所述金属黏合剂为Ni、Ti、TiN、Co和WC粉末中的至少一种。
[0005]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，所述带有金属镀层的金刚石粉末和所述金属黏合剂的重量比为80
‑
95：5
‑
20。
[0006]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，所述第一预设温度为500
‑
600℃。
[0007]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，所述预设载气压力为2
‑
3MPa，所述预设载气的预热温度为800
‑
1200℃，混合粉末的预加热温度为400
‑
700℃，所述喷涂距离为20
‑
50mm，所述送粉量为10
‑
50g/min。
[0008]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，在所述混合粉离开喷枪后、撞击所述金属基体前，采用激光同时照射所述混合粉和所述金属基体。
[0009]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，照射所述混合粉和所述金属基体的激光功率为2
‑
6KW，该激光的加热温度为600
‑
1200℃。
[0010]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，所述喷粉操作中，调整所述喷枪的喷口与所述激光的发射口角度，以确保的混合粉颗粒束斑与激光的光斑重叠。
[0011]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，在进行喷粉操作前，使用脉冲激光对金属基体进行表面清洁及预处理。
[0012]进一步地，上述金刚石薄膜的制备方法中，所述对金属基体表面进行清洁及预处理的脉冲激光功率为1.5
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2.4KW；脉冲频率为18.75Hz
‑
150Hz。
[0013]本专利技术充分利用了金刚石粉的耐磨性能、抗氧化性、耐高温、耐腐蚀和极高的硬度等特性，通过超声速气流将金刚石粉末加速至高速状态后沉积在金属基体表面，形成薄膜，有效提高了金刚石薄膜与金属基板的附着力，进而有利于延长器件的使用寿命。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例提供的金刚石薄膜的制备方法的工艺流程图；图2为本专利技术实施例提供的金刚石薄膜的制备方法的工艺示意图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0016]参阅图1，本专利技术提供了一种金刚石薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将带有金属镀层的金刚石粉末和金属黏合剂按照预设重量比例进行混合。
[0017]具体而言，该步骤中，所述带有金属镀层的金刚石粉末中的金属镀层为Ti、Ni、Co、Cr、Mo和W金属中的至少一种；优选为Ti和Ni的金属镀层；其中，带有金属镀层的金刚石粉末粒径优选为1
‑
20μm。
[0018]所述金属黏合剂为Ni、Ti、TiN、Co和WC粉末中的至少一种；优选为Ti、TiN和Co的混合粉末；该金属黏合剂的粒径优选为2
‑
10μm。
[0019]该步骤中，带有金属镀层的金刚石粉末和所述金属黏合剂的重量比为80
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95：5
‑
20。实际操作时，将带有金属镀层的金刚石粉末和金属黏合剂放于混合器中混合，混合1
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5小时，优选混合4小时，以确保混合均匀。
[0020]该步骤中，金刚石粉具有良好的耐磨性能、较强的抗氧化性、耐高温、耐腐蚀，且具有极高的硬度的特性，选用其制作的薄膜制造器件，有利于延长器件的寿命。本实施例中，金刚石粉末带金属镀层作为延展性介质，金属黏合剂的加入，使金刚石粉末和金属基体之间形成金属键结合，从而使得金刚石薄膜与金属基体的附着力更好。
[0021]步骤2，将所述混合粉于真空条件下加热至第一预设温度进行脱水气处理。
[0022]具体而言，第一预设温度为500
‑
600℃，加热的时间可以为1
‑
3小时，优选为2小时。
[0023]步骤3，将上述混合粉输送至真空喷粉区域中的喷枪中，并将金属基体放置于所述真空喷粉区域中与所述喷枪的喷射口相对的一侧，将载气加压加速形成超声速气流，在预设载气压力和预设载气预热温度下，控制喷涂距离和送粉量，使得所述超声速气流将所述混合粉加速至高速状态后去撞击所述金属基体表面以形成沉积层，最终制得金刚石薄膜。
[0024]具体而言，可以选用氮气作为载气，载气压力为2
‑
3MPa，载气的预热温度为800
‑
1200℃，混合粉末的预加热温度为400
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700℃、送粉量为10
‑
50g/min、喷涂距离为20
‑
50mm（这里的喷涂距离指的是喷枪喷嘴与金属基体之间的垂直距离）。
[0025]实际操作中，可以选用粉末喂料器将混合粉输送至喷枪中。
[0026]本实施例中通过超声速气流将混合粉末加速至高速状态并撞击金属基体表面形成沉积层的工艺原理如示意图2，高压供气系统（通常是氦气，氮气，空气）用于产生加速粉末颗粒的驱动气流，该气流通过电加热，气体的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将带有金属镀层的金刚石粉末和金属黏合剂粉末按照预设重量比例进行混合；将所述混合粉于真空条件下加热至第一预设温度进行脱水气处理；将上述混合粉输送至真空喷粉区域中的喷枪中，并将金属基体放置于所述真空喷粉区域中与所述喷枪的喷射口相对的一侧，将载气加压加速形成超声速气流，在预设载气压力和预设载气预热温度下，控制喷涂距离和送粉量，使得所述超声速气流将所述混合粉加速至高速状态后去撞击所述金属基体表面以形成沉积层，在激光的辅助下，最终制得金刚石薄膜。2.根据权利要求1所述的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述带有金属镀层的金刚石粉末中的金属镀层为Ti、Ni、Co、Cr、Mo和W金属中的至少一种；和/或所述金属黏合剂为Ni、Ti、TiN、Co和WC粉末中的至少一种。3.根据权利要求1所述的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述带有金属镀层的金刚石粉末和所述金属黏合剂的重量比为80
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95：5
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20。4.根据权利要求1所述的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为500
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600℃。5.根据权利要求1所述的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述预设载气压力为2
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3...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯启华，练桂香，
申请(专利权)人：佛山骏隆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：