硬质合金上的高硬度纳米复合涂层的制作方法

专利名称：硬质合金上的高硬度纳米复合涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及在硬质合金(烧结碳化物)物品上沉积多晶金刚石涂层或多晶含金刚 石碳化钨增强涂层的改进方法。本发明可具体应用在硬质合金切削工具的切削表面，以促 进含金刚石涂层的优越粘合。
背景技术：
切削工具被用于从金属工件上去除屑状金属。这种工具已经形成了许多特定的形 状，不过其普遍地包括切削刃，该切削刃被迫使与工件运动接触以便在对工件成形时去除 金属。在汽车业中，例如，使用铸造含硅铝合金来形成发动机缸体并且使用诸如钻头、镗杆 和平面铣刀的切削工具从铸造表面切削金属，从而形成发动机缸体的形状。工具的切削刃经受高负载和高温以及机械和热冲击，而这种严酷的环境导致切削 刃的退化。当切削刃的退化达到不可接受的地步时，必须中断切削过程并且更换或重新磨 快工具，这种情况促进了在致力于延长工具使用寿命的过程中对新的或改进的切削工具材 料的持续研究。目前的碳化物工具通常包括被保持在金属基体(通常为钴)中的碳化钨硬 颗粒，其为用于通用金属加工的优选工具。有时，在金属基体粘结剂(binder)中使用镍和 /或铬。金属基体通常由约百分之五到百分之十体积的碳化钨加上基体体积组成。碳化物 颗粒通常在约1. 5微米到最大尺寸下约10微米的范围内(有时将其分类为从细到中等)。然而，碳化物工具加工汽车业中使用的铝硅发动机合金遇到了难题，因为合金中 的硬的硅颗粒使得工具磨损加快。一种降低磨损速度的方法是给碳化物工具应用硬的抗磨 损表面涂层(对于本申请，金刚石涂层是优选的)，但是却难以实现金刚石涂层和碳化物工 具之间的良好粘合。因此，需要寻求一种工艺来在碳化物工具上沉积粘合金刚石或含金刚 石涂层。

发明内容
本发明提供一种方法，在金属碳化物颗粒_金属基体衬底上形成更粘合的多晶金 刚石涂层。含金刚石涂层表现出改进的耐用性以及对这种结合的碳化物衬底的粘合性。在 第一步中，多晶耐火碳化物层(其可以是碳化钨)被沉积在衬底上。该碳化物层是从气体 沉积的，充当均勻、共同扩张(与期望的衬底区域一起)的基层以为后续应用的多晶金刚石 涂层提供粘合性。然后，多晶金刚石涂层从合适的气体组分中沉积在基层上。在本发明的 一些实施例中，金刚石涂层可含有与其共沉积并分布在其内的耐火碳化物颗粒，或者替代 性地，该涂层可含有与耐火碳化物共沉积并分布在耐火碳化物内的金刚石。该金刚石涂层 对于切削工具尤其是这种工具的切削表面具有特定用途，并且可减少对加工冷却剂或润滑 剂的需求。不过应当意识到，这种耐火金属碳化物-金刚石复合涂层为结合其他金属的金 属碳化物颗粒物品增加了性能值。这些工具衬底(用于本发明)是通过大致常规的粉末处理技术制备的，该粉末处 理技术包括碳化物颗粒和粘结剂颗粒的粉末压制以及随后对粉末压块的烧结。钴常被用作粘结剂或结合基体材料。然而，在一些实施例中，镍或铬可用作结合材料，并且也已经使用 了铬、钴和镍中两种或更多种的混合物。虽然金刚石涂层或层对于提高碳化物切削工具的耐用性具有益处，但是该工具的 复合性质(即碳化物和金属粘结剂的混合物)使得金刚石沉积工艺复杂化。金刚石作为独 立的碳原子沉积在衬底上并在衬底上结合在一起。然而，除了金刚石之外碳还可以其他晶 体或伪晶体形式存在，而衬底的性质在很大程度上控制了所沉积的碳是作为金刚石还是其 他形式的碳沉积。碳化物工具通常具有两种衬底成分或相，并且虽然衬底表面处的碳化物颗粒促进 所期望的金刚石沉积，但金属粘结剂(尤其如果是钴或镍)趋向于促进石墨沉积。石墨是 不期望的，不仅因为其是一种软的不稳定材料而不能提供所期望的硬的、耐用的工具涂层， 而且因为其促进形成在碳化物上的金刚石层的结合破坏和剥落。因此，根据本发明，通过提 供化学相容的、均质沉积表面，沉积第一层耐火金属碳化物材料为工具表面进行后续的金 刚石沉积作好了准备。在实施本发明时，对这种碳化物工件进行准备使得结合金属的碳化钨衬底的表面 是适当干净的并且具有适当织构以便初始的耐火金属碳化物沉积。在已经沉积了耐火金属 碳化物使得整个工具表面覆盖有均质的耐火金属碳化物层后，将多晶金刚石沉积在涂覆有 碳化物的衬底上。这通过改变用于沉积工艺的气体组分来实现。最开始，气体混合物包括 氢气和耐火金属卤化物气体，使得能够进行耐火金属碳化物的沉积。然后，为了沉积多晶金 刚石，使用了包括烃和氢气的气体混合物。在这些情况之间过渡可有相当的灵活性，因为如 果气体混合物包括耐火金属卤化物、烃和氢气，则金刚石和耐火金属碳化物可被共沉积，使 得能够形成复合外涂层。这使得从耐火金属碳化物基层到多晶金刚石层的过渡的碳化物含 量在所沉积的层中能够是突变或渐变的，并且使得能够具有成分梯度和可达到所沉积层期 望厚度的覆盖沉积的结构。衬底区域通常将包含基本上整个工具表面，不过通过适当的遮掩，衬底区域可被 限制成仅为选定的区域，例如工具的切削刃。耐火金属碳化物和金刚石的沉积均使用化学气相沉积工艺进行，并且可通过利用 例如衬底表面附近的微波辐射或热灯丝来激活气体而得到促进。对于碳沉积，对沉积工艺 进行管理使得碳基本上作为金刚石沉积，其中SP3碳_碳键合占优势，石墨特性的SP2碳_碳 键合只占最小的比例。这种类型的具有一些Sp2键合特性的涂层有时被描述为类金刚石而 不是金刚石，不过为了简明起见，本申请将继续认为该涂层为金刚石。金刚石簇将成核并在碳化钨基层上形成。因此，耐火金属碳化物可被选定为碳化 钨并且从包括了六氟化钨和氢气的气体混合物中沉积。将在所沉积的碳化钨和衬底碳化钨 之间以及所沉积的碳化钨和钴粘结剂之间获得良好的粘合。因此，碳化钨的沉积将产生用 于金刚石沉积并且牢固粘合到碳化物衬底的化学均质基层。因此，发明人作出了出乎意料且令人惊喜的发现，其通过控制沉积工艺，尤其是气 体组分和温度，产生适合于形成粘合金刚石涂层的表面是可行的。本发明的其他目的和优点从后面的示例性优选实施例的描述将变得更加明显。本发明还提供了以下方案1. 一种用于在衬底表面上沉积粘合含金刚石涂层的方法，所述衬底包括金属粘结剂内的金属碳化物颗粒，所述方法包括使所述衬底接触包括气态耐火金属卤化物和氢气的气态混合物，并且在所述衬底 上沉积耐火金属碳化物的基层，所述基层覆盖暴露在所述衬底表面的所述金属碳化物颗粒 和金属粘结剂；并且接下来在温度和压力条件下使所沉积的耐火金属碳化物的所述基层接触包括烃和氢气 的气态混合物，以从所述气态混合物中将包括多晶金刚石的粘合涂层沉积到所述基层上。2.如方案1所述的方法，其特征在于，所述基层与包括耐火金属氢化物化合物、 氢气和烃的气态混合物接触，以将金刚石和耐火金属碳化物的粘合涂层共沉积到所述基层 上。3.如方案2所述的方法，其特征在于，所述基层接连与包括不同量的耐火金属氢 化物化合物、氢气和烃的两种或更多种气态混合物接触，以将包括金刚石和耐火金属碳化 物的粘合涂层共沉积到所述基层上，其中，所述涂层的金刚石含量在所述涂层的部分中随 离所述基层的距离增加而升高。4.如方案1所述的方法，其特征在于，所述基层和涂层被沉积成高至约三十微米 的总厚度。5.如方案1所述的方法，其特征在于，所述气态耐火金属卤化物和氢气以基本上 化学计量比例存在。6.如方案1所述的方法，其特征在于，所述耐火金属是由钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、 和钨构成的组中的一种。7.如方案1所述的方法，其特征在于，所述气态烃基本上由一种或几种烃化合物 组成，所述烃化合物选自由烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃和芳烃构成的组。8.如方案1所述的方法，其特征在于，所述金属碳化物颗粒包括碳化钨，所述金属 粘结剂选自由钴、镍、铬及其合金构成的组。9.如方案1所述的方法，其特征在于，所述耐火金属卤化物气体是六氟化钨，其 中，使得能够在所述衬底上沉积所述耐火金属碳化物的条件包括600°C到1000°C范围内的 温度以及10托到100托之间的总气压。10.如方案1所述的方法，其特征在于，所述衬底是物品的一部分，所述物品是由 切削工具、衬套、钻套、密封环、喷嘴、模具、引导件、辊、防磨条、冲头和销构成的组中的一 种。11. 一种用于在工具衬底上沉积粘合多晶含金刚石涂层的方法，所述工具衬底包 括金属钴粘结剂内的金属碳化物颗粒，所述金属碳化物颗粒和钴均暴露在所述衬底表面； 所述方法包括选择氢气和至少一种气态耐火金属卤化物化合物的组合作为气态混合物，以便在 所述衬底上沉积耐火金属碳化物；第一步预先确定用于所选定衬底的耐火金属卤化物化合物和氢气的气态混合物 以及用于使所述工具衬底接触所述气态混合物以在所述衬底表面上沉积涂层的温度和压 力参数，所述涂层包括至少一种耐火金属碳化物；接下来利用所预先确定的气态混合物以及参数在所述衬底上沉积这种涂层；随后第二步预先确定用于所选定衬底的至少一种气态烃化合物和氢气的气态混合物以及用于使所述工具衬底接触所述气态混合物以在所述衬底表面上沉积涂层的温度和压 力参数，所述涂层包括多晶金刚石；并且接下来利用所预先确定的气态混合物以及参数在所述衬底上沉积这种涂层。12.如方案11所述的方法，其特征在于，所述第一步被执行以沉积耐火金属碳化 物，然后所述第一步和所述第二步被同步进行以共沉积金刚石和耐火金属碳化物。13.如方案11所述的方法，其特征在于，所述气态烃是由烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃 和芳烃构成的组中的一种。14.如方案11所述的方法，其特征在于，所述金属碳化物颗粒包括碳化钨。15.如方案11所述的方法，其特征在于，所述耐火金属卤化物气体是六氟化钨，其 中，使得能够沉积碳化钨的所预先确定的参数包括600°C到1000°C范围内的温度以及10托 到100托之间的总气压。16. 一种包括衬底的物品，所述衬底包括金属粘结剂基体内的金属碳化物颗粒，所 述衬底具有表面，所述表面包括表面涂层，所述表面涂层包括第一层和第二层，所述第一层 包括至少一种耐火金属碳化物，所述第二层包括多晶金刚石。17.如方案16所述的物品，其特征在于，所述物品是切削工具。18.如方案16所述的物品，其特征在于，所述物品是包括衬底的切削工具，所述衬 底包括钴粘结剂基体内的金属碳化物颗粒，所述衬底具有涂层，所述涂层基本上由第一层 和第二层组成，所述第一层包括至少一种耐火金属碳化物，所述第二层包括多晶金刚石。19.如方案16所述的物品，其特征在于，在所述切削工具衬底上的所述涂层的厚 度高至约30微米。


图1示出了适合于本发明实践方式的代表性碳化物切削工具(端铣刀)的示例。 该工具表示了可由本发明处理的复杂工件和衬底几何形状。图2是由本发明实践方式所沉积涂层的另一个实施例的局部剖面示意图，示出了 其与碳化物工具衬底的关系。在该实施例中，首先沉积碳化钨层，随后共沉积碳化钨和金刚 石以在所沉积的碳化钨衬底上产生金刚石和碳化钨层的粘合复合涂层。图3是由本发明实践方式所沉积涂层的一个实施例的局部剖面示意图，示出了其 与碳化物工具衬底的关系。在该实施例中，首先沉积碳化钨层，随后沉积多晶金刚石以在所 沉积的碳化钨衬底上产生粘合多晶层。
具体实施例方式本发明的实践方式在其一种碳化物切削工具应用的背景下进行了讨论，图1示出 了其的一个示例。该工具10通过柄部12被固定到铣床内的夹盘或套爪，并且具有在其下 侧16上和沿工具18长度上的多个切削刃14 (未标出所有这些切削刃)。该工具用来快速 的金属去除(“粗加工”)，并且具有在沿工具18长度延伸的切削刃14上的切屑分离特征 20。这些切屑分离部20用来使切屑碎裂成更小更可控制的金属碎屑。螺旋槽22( “出屑 槽”)从工具下侧16几乎伸展到柄部12，用来传送和排出加工切屑。除了柄部12，该工具 的所提及的元件均经受下述情况的一种或多种由于金属切削引起的显著负载、升高的温度；以及由于金属去除过程期间传送金属切屑或者由于工具在被加工表面上摩擦而引起的 磨损。因此，所描述的所有特征将从金刚石沉积受益，需要能够在这种复杂工具几何形状上 进行沉积的沉积工艺。不过，碳化物的硬度和抗磨损性使其适合于多种应用，包括衬套(包括钻套)；密 封环；喷嘴；模具；引导件、辊和防磨条；冲头和销。本发明被广泛地涉及在碳化物上形成改 进的金刚石涂层的装置，因此任何由碳化物制成的物品均可作为用于金刚石沉积的衬底并 从而受益于本发明。因此，对本发明应用在切削工具上的讨论意图是示例性的而非限制性 的。可用的碳化物工具的范围很广。这些工具的不同之处在于a)金属粘结剂相的量。粘结剂成分的优选范围是重量百分比5. 5% (例如ISO(国 际标准化组织)的KOl级和P 15级所采用的)到重量百分比11% (例如ISO的K30级和 P45级所采用的)。b)金属粘结剂相的性质。其通常为钴，例如在前述ISO的K级和P级中的那样，但 也可使用镍和铬，尽管远不如钴那么常用。c)硬颗粒的性质。其通常为碳化钨，但也可用下述材料包含含量为几十个百分 点的碳化钒或碳化铬的微晶粒级(micrograin grade)，以及包含数个百分点的碳化钛、碳 化钽和碳化铌的合金级(alloyedgrade)。d)硬颗粒的尺寸。工具切削刃的锋利度取决于硬颗粒的尺寸。因此用于粗切削的 工具通常将具有比用于精切削的工具更粗的颗粒。本发明通常适用于共同被称为“碳化物”的材料族的全部成员，也就是复合材料， 该复合材料包括分散在金属粘结剂中的至少一种金属碳化物化学化合物的颗粒，该金属粘 结剂包围并固定颗粒。本发明尤其适用于那些金属粘结剂相是钴或镍的材料，因为发明人 所确定的工艺条件有效地抑制了在这些粘结剂材料中形成不期望的石墨。这个结果与常规 CVD金刚石沉积工艺的结果截然不同。清洁要求被降到最低程度，仅要求表面没有油脂或油。这可利用合适的溶剂通过 超声清洗实现，例如利用丙酮并随后利用甲醇或乙醇，然后进行干燥。被清洁的工具放置在CVD室内处于升高的温度下，而后进行CVD工艺，优选地利用 等离子辅助而同时将工具暴露于气体混合物，该气体混合物包括耐火金属的气态卤素化合 物、气态烃、氢气和任选地惰性气体。对于耐火金属的定义不是通用的。对于本发明的目的 而言，耐火金属是钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、和钨。耐火金属的气态卤素化合物优选地基于钨或钼，而且也可基于氟化物或氯化物， 只要该气体在工作温度下不会自分解。同样取决于化学稳定性要求，溴化物和碘化物是可 接受的，但不是优选的。优选的气态烃是甲烷(CH4)，但是也可使用其他物质，包括更高级的烷烃(higher alkane)、烯烃、炔烃、环烷烃和芳烃。优选的惰性气体是氩气，但也可使用其他惰性气体例 如氦气和氖气。总的室压应当维持在10托到100托之间，并且优选的反应温度是约800°C。 温度的下限是对应于最小可接受金刚石涂层量的约600°C，而上限是对应于即使存在WF6W 情况下都能开始石墨化的约1000°C。沉积工艺可使用等离子或热灯丝沉积工艺来进行。两种系统均可用于合成金刚
7石，但等离子CVD系统可在复杂几何形状工具上提供更均勻的涂层，因此是优选的。通过控制气体组分来对该工艺进行控制，以在工艺的不同时间促进下面两个普适 反应中的一个。
1)
..................(2)其中RM是耐火金属；Hal 卤素；(RM) (Hal)x是耐火金属的气态卤代化合物，其由耐火金属RM(此处假设价态为 +x)和卤化物Hal组成；CnHm是每m个氢H原子含有η个碳C原子的烃。“n”、“m”、“q”和“X”是常数，对应于配平反应所需的原子数，并且 作为上述反应对的具体示例，考虑下面涉及六氟化钨(WF6)和甲烷(CH4)的模型反 应，后面的讨论将使用其作为基础
3)
4)首先，通过引入由公式(3)所确定的化学计量比的六氟化钨、甲烷和氢气有利于 公式(3)所表示的反应，使得所沉积的初始材料将会是碳化钨。碳化钨起到三个作用其充 当钴和后续沉积的金刚石之间的屏障；其形成了与碳化钨和钴的牢固键合；并且其产生了 用于后续金刚石沉积的晶核。应当注意，除了碳化钨之外，反应产物还有氢氟酸。这被预见 到在进一步清洁表面以促进良好粘合方面起到有益的作用，尤其是在该工艺的初始阶段。因此，首先如图2和图3所示，工具30的包括了碳化物颗粒32和金属粘结剂34 的衬底表面31被耐火金属碳化物(在本示例中是碳化钨)层36覆盖，这提供了新的表面 33，其均勻地包括碳化钨的晶粒或晶体并且适合于进一步的沉积。随着沉积的进行，WF6和氢气的浓度以化学计量比逐渐降低以促进公式⑷的反 应。取决于WF6的一些残余浓度是否保持在反应气体混合物内，接下来被沉积的层可以是 纳米晶金刚石40和碳化钨42的复合涂层(如图2所示)或者仅是多晶金刚石38 (如图3 所示)。图2和图3是两种碳化物工具衬底的局部视图，这两种碳化物工具衬底具有碳化 钨基层以及多晶金刚石覆层(over-layer)和复合的多晶金刚石-耐火金属碳化物覆层的 不同实施例。这些含金刚石的覆层将被成形以在碳化物工具的实施例上提供切削表面或切 削刃。并且，覆层将被适当地成形以便实现其在其他具有这种涂覆碳化物衬底的物品中所 试图达到的目的。本领域技术人员将意识到所描述的复合物通常包括连续相和非连续相。如图2所 示，碳化物相42是连续的而金刚石相40是非连续的。然而通过调整气体成分，有可能使这 些相的比例(fraction)和贡献反转，以产生包括了连续相的多晶金刚石和非连续相的耐 火金属碳化物的第二沉积层。
首先引入WFe/吐气体混合物的意图在于促进在金属粘结剂上形成碳化钨，从而保 护反应性气体混合物不暴露于金属粘结剂材料，该反应性气体混合物配制成使碳沉积为多 晶金刚石。因此，一旦金属粘结剂(图2和图3的粘结剂34)完全涂覆有合适厚度的碳化 钨层(图2和图3的层36)，则适合于形成WC的气体混合物可转变成适合于金刚石沉积的 气体混合物。这个时间在某种程度上可基于所使用的特定工艺参数发生变化，但通常将不 超过两个小时。第一沉积碳化钨衬底将是多晶的，并且所得到的晶粒边界将是金刚石颗粒 的优选成核位置。作为示例而本发明的实践方式的非限制，碳化钨基层可以是数个纳米厚 或更厚，这部分地取决于原始碳化物衬底表面的粗糙度。对于一些应用，图2所示碳化钨和纳米晶金刚石的复合层可带来令人满意的切削 性能，从而可能不必有专门的金刚石涂层。这种复合膜可具有提高的断裂韧性，使得其更能 抵抗导致碎片和破裂的冲击负载。通常，多晶单相陶瓷，诸如多晶金刚石和多晶碳化物，具 有相对较差的断裂韧性。然而，陶瓷加工领域的技术人员将意识到加入第二相即使是第二 陶瓷相都可有效地给复合陶瓷赋予提高的断裂韧性。作为颗粒加入的第二相的有效性不如 那些以其他几何构形存在的第二相。然而，应当预见到多晶金刚石-碳化物的复合物将提 供比单独的多晶金刚石更高的断裂韧性。类似地，应当预见到多晶碳化物-金刚石的复合 物将提供比单独的多晶碳化物更高的韧性。因此，可能希望贯穿整个CVD工艺保持三种化 学活性气体(即氢气、烃和卤代耐火金属)，以制造图2所示意性示出的复合涂层。对于那些期望基本上都是金刚石涂层的应用，然后WF6的流可被完全切断。这与 仅提供充足的氢气流来控制金刚石沉积速度一起，将导致仅发生公式(4)的反应，从而将 形成如图3所示意性示出的仅由金刚石组成的膜。该工艺可根据操作员的决定在4-10个小时的时间段上进行，所选择的时间取决 于期望的涂层厚度(基层加上含金刚石层，通常优选的是高至30微米)和期望的沉积的化 学复杂度。应当意识到，已经在气体成分的突变从而在所得到的复合沉积物中的突然或阶 梯变化方面描述了本工艺。然而，也可利用逐渐变化的气体成分来实施本工艺，在这种情况 下，所沉积的膜将具有比图2和图3所示的更平滑变化的成分。虽然已经以示例的方式从优选实施例的角度描述了本发明，但应当理解的是本发 明并不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在覆盖对于本领域技术人员明显的各种修改 和类似的结构。因此，所附权利要求的范围应当被给予最广泛的解释，使得包括所有这种修 改和类似的结构。
权利要求
一种用于在衬底表面上沉积粘合含金刚石涂层的方法，所述衬底包括金属粘结剂内的金属碳化物颗粒，所述方法包括使所述衬底接触包括气态耐火金属卤化物和氢气的气态混合物，并且在所述衬底上沉积耐火金属碳化物的基层，所述基层覆盖暴露在所述衬底表面的所述金属碳化物颗粒和金属粘结剂；并且接下来在温度和压力条件下使所沉积的耐火金属碳化物的所述基层接触包括烃和氢气的气态混合物，以从所述气态混合物中将包括多晶金刚石的粘合涂层沉积到所述基层上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基层与包括耐火金属氢化物化合物、氢气 和烃的气态混合物接触，以将金刚石和耐火金属碳化物的粘合涂层共沉积到所述基层上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基层接连与包括不同量的耐火金属氢 化物化合物、氢气和烃的两种或更多种气态混合物接触，以将包括金刚石和耐火金属碳化 物的粘合涂层共沉积到所述基层上，其中，所述涂层的金刚石含量在所述涂层的部分中随 离所述基层的距离增加而升高。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基层和涂层被沉积成高至约三十微米 的总厚度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态耐火金属卤化物和氢气以基本上 化学计量比例存在。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐火金属是由钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、 和钨构成的组中的一种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态烃基本上由一种或几种烃化合物 组成，所述烃化合物选自由烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃和芳烃构成的组。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属碳化物颗粒包括碳化钨，所述金属 粘结剂选自由钴、镍、铬及其合金构成的组。
9.一种用于在工具衬底上沉积粘合多晶含金刚石涂层的方法，所述工具衬底包括金属 钴粘结剂内的金属碳化物颗粒，所述金属碳化物颗粒和钴均暴露在所述衬底表面；所述方 法包括选择氢气和至少一种气态耐火金属卤化物化合物的组合作为气态混合物，以便在所述 衬底上沉积耐火金属碳化物；第一步预先确定用于所选定衬底的耐火金属卤化物化合物和氢气的气态混合物以及 用于使所述工具衬底接触所述气态混合物以在所述衬底表面上沉积涂层的温度和压力参 数，所述涂层包括至少一种耐火金属碳化物；接下来利用所预先确定的气态混合物以及参数在所述衬底上沉积这种涂层；随后第二步预先确定用于所选定衬底的至少一种气态烃化合物和氢气的气态混合物以及 用于使所述工具衬底接触所述气态混合物以在所述衬底表面上沉积涂层的温度和压力参 数，所述涂层包括多晶金刚石；并且接下来利用所预先确定的气态混合物以及参数在所述衬底上沉积这种涂层。
10.一种包括衬底的物品，所述衬底包括金属粘结剂基体内的金属碳化物颗粒，所述衬 底具有表面，所述表面包括表面涂层，所述表面涂层包括第一层和第二层，所述第一层包括 至少一种耐火金属碳化物，所述第二层包括多晶金刚石。
全文摘要
本发明涉及硬质合金上的高硬度纳米复合涂层。具体描述了在硬质合金切削工具或其他工件衬底上通过形成多晶金刚石涂层或包括耐火金属碳化物和多晶金刚石的复合涂层来产生粘合表面涂层的方法。通过顺序的化学气相沉积工艺沉积该涂层，首先使用特定的氢气和耐火金属卤化物的气体混合物来沉积耐火金属碳化物的基层。这一步随后是第二步，在第二步中，从包括烃和氢气的气体混合物中沉积多晶金刚石。也设想了在第二步中共沉积耐火金属碳化物和金刚石以产生强化的金刚石涂层。
文档编号C23C24/08GK101899661SQ20101019287
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者L·C·列夫, M·J·卢基特希, X·肖 申请人:通用汽车环球科技运作公司