硬質(zhì)合金刀具及其鍍膜方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金刀具及其增強(qiáng)硬質(zhì)合金刀具的鍍膜方法，特別是硬質(zhì)合金刀具過(guò)渡層的制備方法，以最終實(shí)現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具表面涂層金剛石膜。本發(fā)明的方法包括如下步驟：先在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制TiC-Ti-Cr-CrC過(guò)渡層，作為鍍制金剛石涂層的過(guò)渡層；上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后，放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層。利用本方法鍍制的硬質(zhì)合金刀具的表面鍍有TiC-Ti-Cr-CrC過(guò)渡層，在TiC-Ti-Cr-CrC過(guò)渡層上鍍有金剛石涂層，所述TiC-Ti-Cr-CrC過(guò)渡層厚度為2-3um；通過(guò)過(guò)渡層的鍍制，保證了硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行金剛石涂層的可行性，為提高硬質(zhì)合金刀具的性能提供了工藝保證。
【專(zhuān)利說(shuō)明】硬質(zhì)合金刀具及其鍍膜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(zhì)合金刀具以及增強(qiáng)硬質(zhì)合金刀具性能的鍍膜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明是把物理氣相沉積(970)多弧離子鍍技術(shù)和化學(xué)氣相沉積((^0)金剛石制備技術(shù)結(jié)合在一起的一種新技術(shù)，可簡(jiǎn)稱(chēng)為復(fù)合涂層技術(shù)。物理氣相沉積多弧離子鍍技術(shù)是一種設(shè)有1個(gè)或多個(gè)可同時(shí)蒸發(fā)離化難熔金屬材料的鍍膜技術(shù)，具有鍍膜速度快，膜層組織致密，附著力好，均勻性好的特點(diǎn)。熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石技術(shù)是利用熱絲(鎢絲或鉭絲)產(chǎn)生的高溫(22001左右),將(:--混合氣體激發(fā)，得到大量反應(yīng)粒子，這些粒子經(jīng)吸附、脫附等過(guò)程而進(jìn)入氣相形成等離子體，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)到達(dá)基臺(tái)表面，在適宜條件下形成了金剛石膜。具有技術(shù)成熟，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，膜層質(zhì)量好的特點(diǎn)。
[0003]因?yàn)榭巯盗谢虼蛳盗杏操|(zhì)合金一般含有6 — 8%的鈷，用化學(xué)氣相沉積方法在這類(lèi)刀具上進(jìn)行金剛石涂層時(shí)，因?yàn)殁挼奈龀鰧?dǎo)致成膜困難或膜層結(jié)合力很差。要解決這一難題，主要措施是去除硬質(zhì)合金材料中的鈷?，F(xiàn)在去除鈷的方法一般是化學(xué)法，即用酸脫鈷，因?yàn)榇朔ㄆ茐牧擞操|(zhì)合金的基體成分，刀具基體受到很大損傷，降低了刀體的強(qiáng)度，即使能夠涂層金剛石，意義也不是很大，因此未能推廣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提出一種基于金剛石涂層的硬質(zhì)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出如下技術(shù)方案:
一種硬質(zhì)合金刀具，所述硬質(zhì)合金刀具的表面鍍有IX-！'1-0-0(:過(guò)渡層，在110-11-01-01-0過(guò)渡層上鍍有金剛石涂層。
[0006]所述丁 10丁 1-0-0(:過(guò)渡層厚度為2-311%且最后一層厚度為0.2-0.3皿，保護(hù)0涂層在空氣中不被氧化，保證在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中鍍制金剛石涂層時(shí)易被活化。
[0007]本發(fā)明還提出一種硬質(zhì)合金刀具鍍膜方法，所述方法包括如下步驟:
1)先在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制IX-!'1-0-0(:過(guò)渡層，作為鍍制金剛石涂層的過(guò)渡層；
2)上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后，放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層。
[0008]在所述步驟1)中，所述II1-0-0(:過(guò)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(zhǎng)20011的柱形靶。
[0009]1.2)碳源準(zhǔn)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(jīng)超聲波清洗的并經(jīng)干燥脫水的硬質(zhì)合金刀具放入物理氣相沉積設(shè)備的真空室，抽真空達(dá)到1 X 10 — 時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)行離子轟擊，清洗硬質(zhì)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(kāi)鈦靶電源，同時(shí)打開(kāi)甲烷進(jìn)氣流量計(jì)，流量為1503001，鍍膜時(shí)間10 — 15分鐘；然后關(guān)閉甲烷流量計(jì)，繼續(xù)開(kāi)動(dòng)鈦靶弧電源5分鐘，然后關(guān)閉鈦靶弧電源，同時(shí)開(kāi)動(dòng)鉻靶弧電源，10分鐘后開(kāi)動(dòng)甲烷流量計(jì)，流量1003001，5分鐘后關(guān)閉流量計(jì)和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1.5小時(shí)后取出樣品；這樣，在硬質(zhì)合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2-3110 的 11011-0-0(:過(guò)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(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備的真空室，使刀具頂端距離電阻絲3.-4.；
2.2)打開(kāi)冷卻水系統(tǒng)，先抽真空到10托，然后打開(kāi)熱絲電源，緩慢加電流，電流達(dá)到600八時(shí)，打開(kāi)氫氣質(zhì)量流量計(jì)，流量為900-10003001 ；
2.3)3分鐘后打開(kāi)甲烷質(zhì)量流量計(jì)，流量為150-2003001,2小時(shí)后減小電流，關(guān)閉甲烷流量計(jì)，20分鐘后電流為零，此時(shí)關(guān)閉氫氣流量計(jì)，保持冷卻系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
2.4) 1-1.5小時(shí)后關(guān)閉冷卻系統(tǒng)，打開(kāi)真空室門(mén)，取出刀具，如此在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制一層厚度為15-2011111的金剛石膜。
[0012]本發(fā)明確定了用方法先在硬質(zhì)合金刀具上鍍制11011-0-0(:膜作為過(guò)渡層，然后再用方法進(jìn)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(shù)，避免了膜層因升溫過(guò)快引起的內(nèi)應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生爆裂或脫落現(xiàn)象，使膜層與基體之間具有很好的附著力。本發(fā)明通過(guò)過(guò)渡層的鍍制，保證了硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行金剛石涂層的可行性，為提高硬質(zhì)合金刀具的性能提供了工藝保證。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]本方法是先在硬質(zhì)合金刀具上用物理氣相沉積方法鍍11(:-!'1-0-0(:膜作為過(guò)渡層，然后再進(jìn)行￠^0金剛石涂層。其原理是:鈦和鉻都是強(qiáng)碳化物形成材料，特別是11(:與基體硬質(zhì)合金(呢基、110基?、0 (或同時(shí)含有微量00和金剛石均具有良好的浸潤(rùn)性和結(jié)合力，可以消除薄膜與基底因晶格失配，熱膨脹系數(shù)差異而造成的內(nèi)應(yīng)力，既可以防止碳過(guò)度滲入基底，又可以防止鈷從基體深處向表面擴(kuò)散。在這樣的過(guò)渡層上再進(jìn)行金剛石涂層，既能保證硬質(zhì)合金刀具原有的強(qiáng)度和鋒利度，又可以通過(guò)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(guò)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(hù)0涂層在空氣中不被氧化，又可保證在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中鍍制金剛石膜時(shí)容易被活化。
[0016]實(shí)例1:
柄徑# 3.175111111立纟先刀，全長(zhǎng)38111111，材質(zhì):扣6硬質(zhì)合金。經(jīng)除油、超聲波清洗、烘干后，立式放入真空室中的盤(pán)式夾具上。抽真空，真空度達(dá)到1 X 10 — 時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)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(kāi)鈦靶電源，同時(shí)打開(kāi)甲烷進(jìn)氣流量計(jì)，流量為1453001，鍍膜時(shí)間11分鐘；然后關(guān)閉甲烷流量計(jì)，繼續(xù)開(kāi)動(dòng)鈦靶弧電源5分鐘，然后關(guān)閉鈦靶弧電源，同時(shí)開(kāi)動(dòng)鉻靶弧電源，9分鐘后開(kāi)動(dòng)甲烷流量計(jì)，流量1023001，5分鐘后關(guān)閉流量計(jì)和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1- 2小時(shí)后取出樣品；這樣，在硬質(zhì)合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2.111111的110-11-01-01-0過(guò)渡層。上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后再放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層，即可得到具有11(:-11-0-0(:過(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具。
[0017]實(shí)例2:
柄徑# 2.5111111鉆頭全長(zhǎng)38111111，材質(zhì):扣8硬質(zhì)合金。經(jīng)除油、超聲波清洗、烘干后，立式放入真空室中的盤(pán)式夾具上。抽真空，真空度達(dá)到1 X 10 — 時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)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(kāi)鈦靶電源，同時(shí)打開(kāi)甲烷進(jìn)氣流量計(jì)，流量為1483001，鍍膜時(shí)間12分鐘；然后關(guān)閉甲烷流量計(jì)，繼續(xù)開(kāi)動(dòng)鈦靶弧電源6分鐘，然后關(guān)閉鈦靶弧電源，同時(shí)開(kāi)動(dòng)鉻靶弧電源，8分鐘后開(kāi)動(dòng)甲烷流量計(jì)，流量993001，5分鐘后關(guān)閉流量計(jì)和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1- 5小時(shí)后取出樣品；這樣，在硬質(zhì)合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2.211111的110-11-01-01-0過(guò)渡層。上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后再放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層，即可得到具有11011-0-0(:過(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具。
[0018]實(shí)例3:
可轉(zhuǎn)位刀片，規(guī)格:13臟$13 111111彳5 111111，材質(zhì):丫68硬質(zhì)合金。經(jīng)除油、超聲波清洗、烘干后，立式放入真空室中的旋轉(zhuǎn)夾具上。抽真空，真空度達(dá)到1 X 10 — 時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)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(kāi)鈦靶電源，同時(shí)打開(kāi)甲烷進(jìn)氣流量計(jì)，流量為1513001，鍍膜時(shí)間15分鐘；然后關(guān)閉甲烷流量計(jì)，繼續(xù)開(kāi)動(dòng)鈦靶弧電源5分鐘，然后關(guān)閉鈦靶弧電源，同時(shí)開(kāi)動(dòng)鉻靶弧電源，10分鐘后開(kāi)動(dòng)甲烷流量計(jì)，流量1033001，6分鐘后關(guān)閉流量計(jì)和鉻靶弧電源。使真空室緩慢冷卻，1.5小時(shí)后取出樣品；這樣,在硬質(zhì)合金刀具表面就鍍制了一層厚度為2.611111的110-11-01-01-0過(guò)渡層。上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后再放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層，即可得到具有11011-0-0(:過(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具。
[0019]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硬質(zhì)合金刀具，其特征在于:所述硬質(zhì)合金刀具的表面鍍有過(guò)渡層，在！'1(:-!'1-0-0(:過(guò)渡層上鍍有金剛石涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金刀具，其特征在于:所述11(:-！'1-0-0(:過(guò)渡層厚度為2-311111，且最后一層0(:厚度為0.2-0.311111，保護(hù)0涂層在空氣中不被氧化，保證在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中鍍制金剛石涂層時(shí)易被活化。
3.一種硬質(zhì)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(zhì)合金刀具表面鍍制IX-!'1-0-0(:過(guò)渡層，作為鍍制金剛石涂層的過(guò)渡層； 2)上述硬質(zhì)合金刀具經(jīng)丙酮清洗脫水后，放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備中進(jìn)行金剛石涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬質(zhì)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(guò)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(zhǎng)20011的柱形靶；. 1.2)碳源準(zhǔn)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(jīng)超聲波清洗的并經(jīng)干燥脫水的硬質(zhì)合金刀具放入物理氣相沉積設(shè)備的真空室，抽真空達(dá)到1 X 10 — 時(shí)，開(kāi)啟電弧源，進(jìn)行離子轟擊，清洗硬質(zhì)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(kāi)鈦靶電源，同時(shí)打開(kāi)甲烷進(jìn)氣流量計(jì)，流量為1503001，鍍膜時(shí)間10 — 15分鐘；然后關(guān)閉甲烷流量計(jì)，繼續(xù)開(kāi)動(dòng)鈦靶弧電源5分鐘，然后關(guān)閉鈦靶弧電源，同時(shí)開(kāi)動(dòng)鉻靶弧電源，10分鐘后開(kāi)動(dòng)甲烷流量計(jì)，流量1003001，5分鐘后關(guān)閉流量計(jì)和鉻靶弧電源；使真空室緩慢冷卻，1- 5小時(shí)后取出樣品；這樣，在硬質(zhì)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(guò)渡層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬質(zhì)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(guò)渡層的硬質(zhì)合金刀具放入化學(xué)氣相沉積金剛石生長(zhǎng)設(shè)備的真空室，使刀具頂端距離電阻絲3.-4.；. 2.2)打開(kāi)冷卻水系統(tǒng)，先抽真空到10托，然后打開(kāi)熱絲電源，緩慢加電流，電流達(dá)到.600八時(shí)，打開(kāi)氫氣質(zhì)量流量計(jì)，流量為900-10003001 ；. 2.3)3分鐘后打開(kāi)甲烷質(zhì)量流量計(jì)，流量為150-2003001,2小時(shí)后減小電流，關(guān)閉甲烷流量計(jì)，20分鐘后電流為零，此時(shí)關(guān)閉氫氣流量計(jì)，保持冷卻系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)； . 2.4) 1-1.5小時(shí)后關(guān)閉冷卻系統(tǒng)，打開(kāi)真空室門(mén)，取出刀具，如此在硬質(zhì)合金刀具表面鍍制一層厚度為15-2011111的金剛石膜。
【文檔編號(hào)】C23C28/00GK104419927SQ201310407881
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】晏雙利 申請(qǐng)人:晏雙利