本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种硬质合金表面沉积的sic涂层。
背景技术：
硬质合金是一种具有高硬度、高强度、高韧性的工具材料，在切削刀具和轴承等摩擦磨损较严重的场合应用较多。硬质合金是以难熔金属碳化物(碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌和碳化钒等)为基，铁族金属钴或镍等做粘结金属而制成的具有金属性质的粉末冶金材料，具有“现代工业牙齿”之称，是现代先进制造业不可缺少的重要工具材料。
金刚砂又名碳化硅（sic）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。碳化硅又称碳硅石。在当代c、n、b等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种硬质合金表面沉积的sic涂层。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
硬质合金表面沉积的sic涂层的制备原料包括：yg6硬质合金铣刀片。
硬质合金表面沉积的sic涂层的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后采用金刚石粉对其进行研磨，随后进行超声波清洗。将经过预处理的试样放入hcdcacvd装置进行涂层沉积。沉积工艺参数为：直流电弧电流134a，磁场线圈电流15a，沉积时间210min，沉积压力700pa，基片温度约为1050℃。
硬质合金表面沉积的sic涂层的检测步骤为：显微形貌及化学成分使用扫描电子显微镜和电子能谱仪分析，物相分析采用x射线衍射，涂层附着力采用ws005型涂层划痕测试仪测试，划痕形貌采用扫描电镜对观察。
所述的硬质合金表面沉积的sic涂层，其与yg6硬质合金冶金结合良好，密度、化学成分分布均匀，力学性能优异。
所述的硬质合金表面沉积的sic涂层，沉积压力对sic涂层的力学性能有一定的影响，sic涂层的致密性随着沉积压力的增大而增大，当沉积压力增大到一定程度时，涂层的致密性不再发生变化。
所述的硬质合金表面沉积的sic涂层，sic涂层能够有效地抑制硬质合金中co的扩散，消除co在金刚石涂层沉积过程中的不利影响，获得附着力良好的纳米金刚石涂层。
本发明的有益效果是：
采用yg6硬质合金铣刀片为原料，经过配料、研磨、超声波清洗、镀层沉积工艺成功制备了具有优异力学性能的硬质合金表面沉积的sic涂层。其中，sic涂层与硬质合金基体结合良好，具有优异的力学性能。其致密性随着沉积压力的增大而增大。所制得的硬质合金表面沉积的sic涂层，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的sic涂层提供一种新的生产工艺。
具体实施方式
实施案例1：
硬质合金表面沉积的sic涂层的制备原料包括：yg6硬质合金铣刀片。硬质合金表面沉积的sic涂层的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后采用金刚石粉对其进行研磨，随后进行超声波清洗。将经过预处理的试样放入hcdcacvd装置进行涂层沉积。沉积工艺参数为：直流电弧电流146a，磁场线圈电流16a，沉积时间250min，沉积压力650pa，基片温度约为1150℃。硬质合金表面沉积的sic涂层的检测步骤为：显微形貌及化学成分使用扫描电子显微镜和电子能谱仪分析，物相分析采用x射线衍射，涂层附着力采用ws005型涂层划痕测试仪测试，划痕形貌采用扫描电镜对观察。
实施案例2：
tms的流量会直接影响沉积室内含碳和硅的活性基团的浓度，从而影响sic涂层的沉积速率。sic涂层的沉积速率随着tms流量的增加而增大，且两者之间近似地呈线性关系。随着tms流量的增加，沉积室内tms的浓度及含碳、含硅活性基团浓度增高，其过饱和度增加，导致涂层的沉积速率提高。当tms流量为1sccm时，样品表面只存在零星的块状沉积物。这种沉积物大致的元素组成为32.55%si和62.45%co。此块状沉积物应为co2si。随着tms流量的增加，涂层表面出现大量胞状晶粒簇，它们由纳米尺度的颗粒组成，晶粒簇与晶粒簇之间的间隙明显，沉积物的致密性和连续性较差。这些晶粒簇的主要组成元素为si和c。随着tms的继续增加，胞状晶粒簇的尺寸明显增大，且晶粒簇之间的间隙也越来越不明显，即涂层的连续性和致密性改善。当tms流量增加到一定值之后，涂层表面虽仍由晶粒簇组成，涂层表面较为致密、均匀，但晶粒簇之间出现了微小的缝隙。
实施案例3：
当tms流量为1sccm时，样品表面主要是w、c、co三种元素，同时还含有极少量的si元素。随着tms流量的增加，si元素的含量逐渐升高，而w、co和c元素的含量则呈下降趋势。在tms的流量达到6sccm时，样品表面开始检测不出w、co两种元素的存在。这说明sic涂层发挥了抑制硬质合金中的co向表面扩散的作用，但是tms流量较低时，sic薄膜较薄，不能完全抑制金刚石沉积过程中co元素的扩散。当tms流量达到一定值以后，sic薄膜具有足够的厚度抑制co元素的扩散。
实施案例4：
在tms的流量较低(2sccm)时，xrd谱线在2θ=34.8°和73.4°处可能存在着与wc重叠的β-sic(111)和(222)的衍射峰，在2θ=43.4°处则存在着co2si相的衍射峰，随着tms流量的增加，在2θ=55.6°处出现了β-sic(220)的衍射峰，且随着tms流量的增加，该衍射峰的强度逐渐增大，而co2si的衍射峰的强度降低。应用hcdcacvd方法，在ar+h2+tms体系中沉积获得的涂层由纳米颗粒的β-sic组成的胞状晶粒簇以及少量的co2si相组成。随着tms流量的增加，sic涂层的沉积速率和厚度增加，涂层表面的致密性和平整度改善。当sic涂层的厚度达到一定值后，样品表面已检测不出co元素，这说明一定厚度的sic涂层可有效地抑制硬质合金中co向外扩散。
实施案例5：
不同tms流量条件下沉积的sic涂层具有不同的厚度和形貌特征。tms流量较低时制备的sic涂层的划痕边缘较为整齐，说明其具有较好的附着力，tms流量的增加，导致划痕边缘出现了细小的剥落，且随着tms流量的增加，剥落面积逐渐增大。tms流量过大时，划痕边缘开始出现大面积的剥落，说明sic涂层的附着力已较差。出现这种情况的原因主要是由于随着tms流量的增加，sic的沉积速率和涂层厚度不断增加，涂层中积聚的内应力也随之增大，因而涂层的附着力有所降低。tms流量较低时，sic涂层的厚度较薄，其表面的连续性和致密性较差。随着tms流量的增加，sic涂层的厚度增加的同时，其连续性和致密性也随之改善，涂层逐渐具有了足够的厚度以抑制co的外扩散倾向。随着tms流量的增加，涂层的附着力逐渐降低。根据以上分析结果我们得知，当tms流量为5sccm时，涂层的连续性、致密性以及平整性较好，且具有较好的附着力。
实施案例6：
金刚石沉积前将sic涂层的硬质合金样品放在金刚石粉悬浊液中超声振荡40min，然后用酒精溶液超声清洗8.5min。使用同一台hcdcacvd装置在样品表面沉积了金刚石涂层。具体的金刚石涂层沉积参数为：ar的流量为1.65slm，h2的流量为88sccm，ch4的流量为14.55sccm，沉积压力450pa，沉积时间5.7h，沉积温度约为950℃。按照以上的沉积条件获得的金刚石涂层表面较为均匀平整，致密性良好。在金刚石涂层的raman谱中，在1135cm-1、1368cm-1、1475cm-1和1560cm-1波数处有四个峰存在，其中，1135cm-1的峰与纳米金刚石结构有关，1368cm-1波数处的宽峰来源于金刚石峰的展宽，它与金刚石晶粒的尺寸减小到纳米尺度有关，1475cm-1和1560cm-1波数处的峰则主要来源于纳米金刚石晶界处的sp2结构的碳，且这两个峰的强度高于1368cm-1波数处的金刚石峰。获得的沉积物为纳米金刚石涂层。
实施案例7：
压痕实验中，所施加的载荷为140kg。涂层样品的断口明显可以分为三层，它们分别为金刚石涂层、sic过渡层和硬质合金基体。sic过渡层与金刚石涂层的断口连续、致密、均匀，且金刚石涂层与sic过渡层之间以及sic过渡层与基体之间未出现剥离倾向。金刚石涂层上的压痕边缘较为平整，其周围没有明显的径向扩展裂纹。金刚石涂层的附着力良好。在对硬质合金样品进行金刚石涂层之前，并未对样品表面进行去co酸蚀处理。sic过渡层抑制了co向外扩散和对金刚石涂层沉积可能产生的不利影响，确保了金刚石涂层的附着力。