納米金剛石層的制備方法及納米金剛石刀片技術

本發明專利技術提供一種納米金剛石層的制備方法，包括以下步驟：先對硬質合金基體進行酸洗處理，再用水清洗并干燥，得到干凈硬質合金基體；將所述干凈硬質合金基體置于超納米金剛石懸浮液中進行超聲清洗10～40min，然后在80℃～150℃的溫度下干燥10～30min，得到硬質合金前處理體，所述超納米金剛石懸浮液包括粒徑為4～100nm的超納米金剛石顆粒；采用化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體上形成納米金剛石層。本發明專利技術還提供一種納米金剛石刀片，其包括采用上述方法沉積的納米金剛石層。由上述方法制備的納米金剛石層與所述硬質合金基體具有較強的結合力，從而使得上述納米金剛石刀片具有較高的精度和較長的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于超硬材料
，具體涉及一種納米金剛石層的制備方法及納米金剛石刀片。
技術介紹
隨著超硬材料的種類越來越多，而且作為加工切削行業的涂層刀具也越來越多。金剛石涂層刀具由于具有最高的硬度和最高的熱導率，以及極低的摩擦系數和熱膨脹系數。使之在加工材料行業仍占有絕對優勢，比如加工有色金屬、碳纖維、石墨和陶瓷領域等。但隨著加工行業對加工精度的要求不斷提高，使得一般的金剛石刀具難以滿足現狀，理想的精加工刀具是要求刀具表面需要極其光滑，使之能夠在加工材料過程中提高加工精度。納米金剛石涂層刀具，不但保持了塊體金剛石所具有的硬度和熱導率的優點，表現在切割過程中具有很高的硬度，保證了金剛石刀具的使用壽命;還兼具納米材料的一些特性，如更加平整的表面光潔度，納米金剛石在結構上主要以SP3雜化鍵連接而成的某種網狀結構，保證了在切削過程中的精度，相比于微米金剛石涂層具有更低的表面粗糙度、更低的摩擦系數，更適用于精加工領域。但采用現有的涂層方法制備的納米或者超納米金剛石涂層存在納米或超納米金剛石涂層與硬質合金基體的結合力不強的問題，從而使得現有的金剛石涂層刀具的精度不夠好，使用壽命比較短。
技術實現思路
由鑒于此，本專利技術確有必要提供一種納米金剛石層的制備方法及納米金剛石刀片，以解決上述問題。為解決上述問題，本專利技術提供的技術方案主要是通過在硬質合金基體未沉積納米金剛石層之前，在所述硬質合金基體上事先形成超納米金剛石顆粒，以增加后續形成的納米金剛石層的成核量。具體地，本專利技術提供一種納米金剛石層的制備方法，包括以下步驟: 酸洗:先對硬質合金基體進行酸洗處理，再用水清洗并干燥，得到干凈硬質合金基體；超聲清洗:將所述干凈硬質合金基體置于超納米金剛石懸浮液中進行超聲清洗10?40min，然后在80°C?150°C的溫度下，干燥10?30 min，得到硬質合金前處理體，其中，所述超納米金剛石懸浮液包括粒徑為4?100 nm的超納米金剛石顆粒； 沉積:采用化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體上形成納米金剛石層。本文中的“超納米金剛石顆粒”是指平均粒徑為4?100nm的納米金剛石顆粒。本文中的“粒徑”主要是指納米金剛石顆粒的平均粒徑。基于上述，所述超納米金剛石懸浮液是通過先配制超納米金剛石顆粒數目濃度為1016?1019/g的濃超納米金剛石懸浮液，再取2 ml所述濃超納米金剛石懸浮液滴入10?50ml的高純水中并攪拌均勻進行稀釋而制得的，其中，所述濃超納米金剛石懸浮液在常溫下的pH值為3?5，所述高純水的電阻率在15ΜΩ.CM以上。本專利技術還提供一種納米金剛石刀片，其包括硬質合金基體和采用上述方法沉積在所述硬質合金基體上的納米金剛石層，所述納米金剛石層中的納米金剛石顆粒的平均粒徑為30?800 nm。基于上述，所述納米金剛石層的表面算術平均粗糙度(Ra)是50?600 nm。與現有技術相比，本專利技術提供的納米金剛石層的制備方法主要是通過在沉積納米金剛石層之前，先采用所述超納米金剛石懸浮液中對硬質合金基體進行超聲清洗而制得的；由于所述超納米金剛石懸浮液中的超納米金剛石顆粒的粒徑比較小，硬質合金基體經過超納米金剛石懸浮液的超聲清洗，容易在該硬質合金基體的表面吸附小粒徑的超納米金剛石顆粒;如此，吸附在所述硬質合金表面的超納米金剛石顆粒可以作為后續沉積所述納米金剛石層晶核，有利于納米金剛石的成核，增加納米金剛石的成核量，有利于納米金剛石層的沉積，進而增加納米金剛石層與硬質合金基體的結合力。因此，本專利技術提供的納米金剛石刀片包含上述納米金剛石層可以增加所述納米金剛石刀片的精度、耐磨性及使用壽命。試驗證明:采用數顯顯微維氏硬度計(VTD512)對由本專利技術提供的方法制備的納米金剛石層做壓痕測試，從金剛石膜脫離方式、壓痕周邊裂紋、壓痕半徑三方面來分析金剛石膜的與基底的結合力，所述納米金剛石層雖有壓痕損傷但壓痕不明顯且半徑小于30 μπι，壓痕周邊無裂紋，預示著本征應力和熱應力的顯著下降，因此，由本專利技術提供的方法制備的納米金剛石層與硬質合金基體有比較強的結合力。另外，以國際標準ISO針對WC_6%wt.Co規定以1/2切削深度處后刀面上磨損帶寬VB作為磨鈍標準，硬質合金刀具的磨鈍標準VB= 0.4mm。車削設備:CK6136I數控車床、車削材料:ZAlSil2、車削速度V= 200 m/min、進給量f = 24 mm/min、車削深度ap = 0.5 mm，在磨損量VB=0.4 mm下，本專利技術提供的納米金剛石刀片的壽命為300?500 min。【具體實施方式】下面通過【具體實施方式】，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。本專利技術提供一種納米金剛石層的制備方法，包括以下步驟: 酸洗:先對硬質合金基體進行酸洗處理，再用水清洗并干燥，得到干凈硬質合金基體；超聲清洗:將所述干凈硬質合金基體置于超納米金剛石懸浮液中進行超聲清洗10?40min，然后在80°C?150°C的溫度下干燥10?30 min，得到硬質合金前處理體，其中，所述超納米金剛石懸浮液包括粒徑為4?100 nm的超納米金剛石顆粒； 沉積:采用化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體上形成納米金剛石層。所述酸洗步驟是采用現有的硬質合金基體的酸洗工藝，比如:取質量分數為95%?98%的濃硫酸溶液10ml，用蒸饋水稀釋至100ml，將所述硬質合金基體放入硫酸稀釋液中1?5 min，之后用蒸餾水清洗干凈并干燥，得到所述干凈硬質合金基體。其中，所述硬質合金基體可以為鎢鈷合金、鎢鈦鈷合金或鎢鈦鉭合金。在所述超聲酸洗的步驟中，所述超納米金剛石懸浮液是通過先配制超納米金剛石顆粒數目濃度為1016?1019/g的濃超納米金剛石懸浮液，再取2 ml所述濃超納米金剛石懸浮液滴入10?50 ml的高純水中并攪拌均勻進行稀釋而制得的，其中，所述濃超納米金剛石懸浮液在常溫下的pH值為3?5，所述高純水的電阻率在15ΜΩ.CM以上。該步驟中，之所以采用高純水稀釋所述濃超納米金剛石懸浮液是為了避免因引入雜質而影響納米金剛石顆粒吸附在所述干凈硬質合金基體上。所述超聲酸洗的步驟之后，不需要再用水清洗，直接進行后續步驟。所述超聲酸洗的步驟的主要目的是為了進一步清洗所述硬質合金基體，將超納米金剛石顆粒吸附在所述干凈硬質合金基體表面上，為后續沉積所述納米金剛石層提供晶核，有利于納米金剛石的成核，增加納米金剛石的成核量，有利于納米金剛石層的沉積，進而增加納米金剛石層與硬質合金基體的結合力。所述超納米金剛石懸浮液主要是為了提供超納米金剛石顆粒;也就是說，無論所述超納米金剛石懸浮液的具體組成是什么，只要所述超級納米金剛石懸浮液中含有粒徑為4?100 nm的納米金剛石顆粒，且可以在超聲的作用下穩定地吸附在硬質基體合金上，就可以達到本專利技術的目的。所述超聲酸洗步驟中采用超聲清洗的方法，可以使得所述超納米金剛石懸浮液中的超納米金剛石顆粒均分分散，并且均勻地形成在所述干凈硬質合金基體上，避免超納米金剛石顆粒在所述干凈硬質合金基體的表面團聚。所述沉積的步驟是采用現有的化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體上沉積所述納米金剛石層的。試驗證明:采用數顯顯微維氏硬度計(VTD512)對由本專利技術提供的方法制備的納米金剛石層做壓痕測試，從金剛石膜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米金剛石層的制備方法，包括以下步驟：酸洗：先對硬質合金基體進行酸洗處理，再用水清洗并干燥，得到干凈硬質合金基體；超聲清洗：將所述干凈硬質合金基體置于超納米金剛石懸浮液中進行超聲清洗10～40?min，然后在80℃～150℃的溫度下，干燥10～30?min，得到硬質合金前處理體，其中，所述超納米金剛石懸浮液包括粒徑為4～100?nm的超納米金剛石顆粒；沉積：采用化學氣相沉積法在所述硬質合金前處理體上形成納米金剛石層。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：許立，李丙文，
申請(專利權)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：河南;41