硬質合金刀具及其鍍膜方法
【專利摘要】本發明涉及一種硬質合金刀具及其增強硬質合金刀具的鍍膜方法，特別是硬質合金刀具過渡層的制備方法，以最終實現在硬質合金刀具表面涂層金剛石膜。本發明的方法包括如下步驟：先在硬質合金刀具表面鍍制TiC-Ti-Cr-CrC過渡層，作為鍍制金剛石涂層的過渡層；上述硬質合金刀具經丙酮清洗脫水后，放入化學氣相沉積金剛石生長設備中進行金剛石涂層。利用本方法鍍制的硬質合金刀具的表面鍍有TiC-Ti-Cr-CrC過渡層，在TiC-Ti-Cr-CrC過渡層上鍍有金剛石涂層，所述TiC-Ti-Cr-CrC過渡層厚度為2-3um；通過過渡層的鍍制，保證了硬質合金刀具進行金剛石涂層的可行性，為提高硬質合金刀具的性能提供了工藝保證。
【專利說明】硬質合金刀具及其鍍膜方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及合金刀具，尤其是涉及一種表面涂層金剛石膜的硬質合金刀具以及增強硬質合金刀具性能的鍍膜方法。

【背景技術】
[0002]本發明是把物理氣相沉積(970)多弧離子鍍技術和化學氣相沉積((^0)金剛石制備技術結合在一起的一種新技術，可簡稱為復合涂層技術。物理氣相沉積多弧離子鍍技術是一種設有1個或多個可同時蒸發離化難熔金屬材料的鍍膜技術，具有鍍膜速度快，膜層組織致密，附著力好，均勻性好的特點。熱絲化學氣相沉積金剛石技術是利用熱絲(鎢絲或鉭絲)產生的高溫(22001左右),將(:--混合氣體激發，得到大量反應粒子，這些粒子經吸附、脫附等過程而進入氣相形成等離子體，經過一系列復雜的化學反應到達基臺表面，在適宜條件下形成了金剛石膜。具有技術成熟，設備操作簡單，生產成本低，膜層質量好的特點。
[0003]因為扣系列或打系列硬質合金一般含有6 — 8%的鈷，用化學氣相沉積方法在這類刀具上進行金剛石涂層時，因為鈷的析出導致成膜困難或膜層結合力很差。要解決這一難題，主要措施是去除硬質合金材料中的鈷。現在去除鈷的方法一般是化學法，即用酸脫鈷，因為此法破壞了硬質合金的基體成分，刀具基體受到很大損傷，降低了刀體的強度，即使能夠涂層金剛石，意義也不是很大，因此未能推廣。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是提出一種基于金剛石涂層的硬質合金刀具以及該金剛石涂層的制備方法，能夠大幅度提高刀具的耐磨性，加工效率和使用壽命。
[0005]為了實現本發明的目的，提出如下技術方案:
一種硬質合金刀具，所述硬質合金刀具的表面鍍有IX-！'1-0-0(:過渡層，在110-11-01-01-0過渡層上鍍有金剛石涂層。
[0006]所述丁 10丁 1-0-0(:過渡層厚度為2-311%且最后一層厚度為0.2-0.3皿，保護0涂層在空氣中不被氧化，保證在化學氣相沉積設備中鍍制金剛石涂層時易被活化。
[0007]本發明還提出一種硬質合金刀具鍍膜方法，所述方法包括如下步驟:
1)先在硬質合金刀具表面鍍制IX-!'1-0-0(:過渡層，作為鍍制金剛石涂層的過渡層；
2)上述硬質合金刀具經丙酮清洗脫水后，放入化學氣相沉積金剛石生長設備中進行金剛石涂層。
[0008]在所述步驟1)中，所述II1-0-0(:過渡層具體鍍制方法如下:
1.1) I1、0靶材的制備:11采用高純海綿鈦(純度99.99% )，0選用高純鉻(純度99.99% ),加工成直徑12011，長20011的柱形靶。
[0009]1.2)碳源準備:采用401瓶裝高純甲烷，純度(99.99990，作為碳源。
[0010]1.3)用物理氣相沉積方法制備:把經超聲波清洗的并經干燥脫水的硬質合金刀具放入物理氣相沉積設備的真空室，抽真空達到1 X 10 — 時，開啟電弧源，進行離子轟擊，清洗硬質合金刀具表面2 — 3分鐘，轟擊偏壓從4007降至2507，鈦靶和鉻靶的弧電源保持在60八，先打開鈦靶電源，同時打開甲烷進氣流量計，流量為1503001，鍍膜時間10 — 15分鐘；然后關閉甲烷流量計，繼續開動鈦靶弧電源5分鐘，然后關閉鈦靶弧電源，同時開動鉻靶弧電源，10分鐘后開動甲烷流量計，流量1003001，5分鐘后關閉流量計和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1.5小時后取出樣品；這樣，在硬質合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2-3110 的 11011-0-0(:過渡層。
[0011]在所述步驟2)中，所述金剛石涂層的具體步驟包括:
2.1)把鍍有11011-0-0(:過渡層的硬質合金刀具放入化學氣相沉積金剛石生長設備的真空室，使刀具頂端距離電阻絲3.-4.；
2.2)打開冷卻水系統，先抽真空到10托，然后打開熱絲電源，緩慢加電流，電流達到600八時，打開氫氣質量流量計，流量為900-10003001 ；
2.3)3分鐘后打開甲烷質量流量計，流量為150-2003001,2小時后減小電流，關閉甲烷流量計，20分鐘后電流為零，此時關閉氫氣流量計，保持冷卻系統正常運轉；
2.4) 1-1.5小時后關閉冷卻系統，打開真空室門，取出刀具，如此在硬質合金刀具表面鍍制一層厚度為15-2011111的金剛石膜。
[0012]本發明確定了用方法先在硬質合金刀具上鍍制11011-0-0(:膜作為過渡層，然后再用方法進行金剛石涂層的方法。確定了靶材的成分和制備方法，確定了 ？乂0涂層的工藝參數，避免了膜層因升溫過快引起的內應力過大而發生爆裂或脫落現象，使膜層與基體之間具有很好的附著力。本發明通過過渡層的鍍制，保證了硬質合金刀具進行金剛石涂層的可行性，為提高硬質合金刀具的性能提供了工藝保證。

【具體實施方式】
[0013]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進一步詳細說明。
[0014]本方法是先在硬質合金刀具上用物理氣相沉積方法鍍11(:-!'1-0-0(:膜作為過渡層，然后再進行￠^0金剛石涂層。其原理是:鈦和鉻都是強碳化物形成材料，特別是11(:與基體硬質合金(呢基、110基?、0 (或同時含有微量00和金剛石均具有良好的浸潤性和結合力，可以消除薄膜與基底因晶格失配，熱膨脹系數差異而造成的內應力，既可以防止碳過度滲入基底，又可以防止鈷從基體深處向表面擴散。在這樣的過渡層上再進行金剛石涂層，既能保證硬質合金刀具原有的強度和鋒利度，又可以通過金剛石涂層，大幅度提高刀具的耐磨性，加工效率和使用壽命。
[0015]所述丁 1(:-!'1-0-0(:過渡層厚度為2-311111，且最后一層厚度只有0.2-0.3110,目的是既可保護0涂層在空氣中不被氧化，又可保證在化學氣相沉積設備中鍍制金剛石膜時容易被活化。
[0016]實例1:
柄徑# 3.175111111立纟先刀，全長38111111，材質:扣6硬質合金。經除油、超聲波清洗、烘干后，立式放入真空室中的盤式夾具上。抽真空，真空度達到1 X 10 — 時，開啟電弧源，進行離子轟擊，清洗刀具表面3分鐘，轟擊偏壓從40^降至2487，鈦靶和鉻靶的弧電源保持在60八，先打開鈦靶電源，同時打開甲烷進氣流量計，流量為1453001，鍍膜時間11分鐘；然后關閉甲烷流量計，繼續開動鈦靶弧電源5分鐘，然后關閉鈦靶弧電源，同時開動鉻靶弧電源，9分鐘后開動甲烷流量計，流量1023001，5分鐘后關閉流量計和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1- 2小時后取出樣品；這樣，在硬質合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2.111111的110-11-01-01-0過渡層。上述硬質合金刀具經丙酮清洗脫水后再放入化學氣相沉積金剛石生長設備中進行金剛石涂層，即可得到具有11(:-11-0-0(:過渡層的硬質合金刀具。
[0017]實例2:
柄徑# 2.5111111鉆頭全長38111111，材質:扣8硬質合金。經除油、超聲波清洗、烘干后，立式放入真空室中的盤式夾具上。抽真空，真空度達到1 X 10 — 時，開啟電弧源，進行離子轟擊，清洗刀具表面2.5分鐘，轟擊偏壓從4007降至25^，鈦靶和鉻靶的弧電源保持在59八，先打開鈦靶電源，同時打開甲烷進氣流量計，流量為1483001，鍍膜時間12分鐘；然后關閉甲烷流量計，繼續開動鈦靶弧電源6分鐘，然后關閉鈦靶弧電源，同時開動鉻靶弧電源，8分鐘后開動甲烷流量計，流量993001，5分鐘后關閉流量計和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1- 5小時后取出樣品；這樣，在硬質合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2.211111的110-11-01-01-0過渡層。上述硬質合金刀具經丙酮清洗脫水后再放入化學氣相沉積金剛石生長設備中進行金剛石涂層，即可得到具有11011-0-0(:過渡層的硬質合金刀具。
[0018]實例3:
可轉位刀片，規格:13臟$13 111111彳5 111111，材質:丫68硬質合金。經除油、超聲波清洗、烘干后，立式放入真空室中的旋轉夾具上。抽真空，真空度達到1 X 10 — 時，開啟電弧源，進行離子轟擊，清洗刀具表面2分鐘，轟擊偏壓從3957降至2507，鈦靶和鉻靶的弧電源保持在65八，先打開鈦靶電源，同時打開甲烷進氣流量計，流量為1513001，鍍膜時間15分鐘；然后關閉甲烷流量計，繼續開動鈦靶弧電源5分鐘，然后關閉鈦靶弧電源，同時開動鉻靶弧電源，10分鐘后開動甲烷流量計，流量1033001，6分鐘后關閉流量計和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1.5小時后取出樣品；這樣,在硬質合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2.611111的110-11-01-01-0過渡層。上述硬質合金刀具經丙酮清洗脫水后再放入化學氣相沉積金剛石生長設備中進行金剛石涂層，即可得到具有11011-0-0(:過渡層的硬質合金刀具。
[0019]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種硬質合金刀具，其特征在于:所述硬質合金刀具的表面鍍有過渡層，在！'1(:-!'1-0-0(:過渡層上鍍有金剛石涂層。
2.根據權利要求1所述的硬質合金刀具，其特征在于:所述11(:-！'1-0-0(:過渡層厚度為2-311111，且最后一層0(:厚度為0.2-0.311111，保護0涂層在空氣中不被氧化，保證在化學氣相沉積設備中鍍制金剛石涂層時易被活化。
3.一種硬質合金刀具鍍膜方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 1)先在硬質合金刀具表面鍍制IX-!'1-0-0(:過渡層，作為鍍制金剛石涂層的過渡層； 2)上述硬質合金刀具經丙酮清洗脫水后，放入化學氣相沉積金剛石生長設備中進行金剛石涂層。
4.根據權利要求3所述的硬質合金刀具鍍膜方法，其特征在于，所述步驟1)中，所述.110-11-01-01-0過渡層具體鍍制方法如下:. 1.1) I1、0靶材的制備:11采用高純海綿鈦(純度99.99% ), 0選用高純鉻(純度.99.99% ),加工成直徑12011，長20011的柱形靶；. 1.2)碳源準備:采用401瓶裝高純甲烷，純度(99.99990，作為碳源； . 1.3)用物理氣相沉積方法制備:把經超聲波清洗的并經干燥脫水的硬質合金刀具放入物理氣相沉積設備的真空室，抽真空達到1 X 10 — 時，開啟電弧源，進行離子轟擊，清洗硬質合金刀具表面2 — 3分鐘，轟擊偏壓從4007降至2507，鈦靶和鉻靶的弧電源保持在.60八，先打開鈦靶電源，同時打開甲烷進氣流量計，流量為1503001，鍍膜時間10 — 15分鐘；然后關閉甲烷流量計，繼續開動鈦靶弧電源5分鐘，然后關閉鈦靶弧電源，同時開動鉻靶弧電源，10分鐘后開動甲烷流量計，流量1003001，5分鐘后關閉流量計和鉻靶弧電源；使真空室緩慢冷卻，1- 5小時后取出樣品；這樣，在硬質合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2-311111的丁 10丁 1-0-0(:過渡層。
5.根據權利要求4所述的硬質合金刀具鍍膜方法，其特征在于，在所述步驟2)中，所述金剛石涂層的具體步驟包括:. 2.1)把鍍有11011-0-0(:過渡層的硬質合金刀具放入化學氣相沉積金剛石生長設備的真空室，使刀具頂端距離電阻絲3.-4.；. 2.2)打開冷卻水系統，先抽真空到10托，然后打開熱絲電源，緩慢加電流，電流達到.600八時，打開氫氣質量流量計，流量為900-10003001 ；. 2.3)3分鐘后打開甲烷質量流量計，流量為150-2003001,2小時后減小電流，關閉甲烷流量計，20分鐘后電流為零，此時關閉氫氣流量計，保持冷卻系統正常運轉； . 2.4) 1-1.5小時后關閉冷卻系統，打開真空室門，取出刀具，如此在硬質合金刀具表面鍍制一層厚度為15-2011111的金剛石膜。
【文檔編號】C23C28/00GK104419927SQ201310407881
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】晏雙利 申請人:晏雙利