本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜。
背景技术：
硬质合金是一种由硬质相(wc、tic、tac、vc和cr，c：等)和粘结相(co、ni和fe)采用粉末冶金工艺生产的具有高硬度和高耐磨性材料。wc-co硬质合金以其硬度高、红硬性高、抗压强度高、耐磨性好，耐蚀性与抗氧化性良好，广泛应用于切削刀具、矿用工具、模具、量具、耐磨零件以及机械密封等工业领域，被称为“现代工业的牙齿”。硬质合金属于脆性材料，硬度和强度即耐磨性和韧性之间的矛盾一直是困扰其发展的主要因素。
金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是自然界由单质元素组成的粒子物质，是碳同素异形体（金刚石，石墨烯，富勒烯，碳纳米管，蓝丝黛尔石等）。金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，同时金刚石不是只有在地球才有产出，现发现在天体陨落的陨石中也有金刚石的生成态相。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品和工业中的切割工具。
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，设计了一种沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜的制备原料包括：yg3、yg6、yg10、yg13硬质合金。
沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后对4种硬质合金分别进行化学脱钴处理及超声波清洗，然后采用热丝化学气相沉积法进行镀层的沉积，沉积真空度设置为10-5pa。
沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜的检测步骤为：涂层硬度采用mh-6型维氏硬度计测试，表面形貌采用ky2800型扫描电镜和siri00场发射扫描电镜观察，界面结合力采用mft-4000型多功能材料表面性能试验机，化学成分分析采用能谱仪分析，附着性能采用压痕法表征。
所述的沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜，化学脱钴处理能有效降低硬质合金表面的co含量，该方法对co的去除更为彻底，对涂层的力学性能提升具有主要作用。进过化学脱钴处理的金刚石薄膜结构致密，缺陷较少，力学性能优异。
所述的沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜，钴含量的降低能够抑制沉积过程中晶粒的异常长大，因此，经过二步法脱钴处理的硬质合金薄膜具有良好的附着性能。
所述的沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜，化学脱钴处理能够抑制co在高温下向表层扩散迁移，并防止其在硬质合金基体中产生聚积。
本发明的有益效果是：
采用yg3、yg6、yg10、yg13硬质合金为原料，经过配料、化学脱钴处理、超声波清洗、化学气相沉积工艺成功制备了具有优异力学性能的沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜。其中，化学脱钴处理能够降低硬质合金表面钴含量，抑制沉积过程中晶粒的异常长大，得到结构致密、力学性能优异的金刚石薄膜。所制得的沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜，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金刚石薄膜提供一种新的生产工艺。
具体实施方式
实施案例1：
沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜的制备原料包括：yg3、yg6、yg10、yg13硬质合金。沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后对4种硬质合金分别进行化学脱钴处理及超声波清洗，然后采用热丝化学气相沉积法进行镀层的沉积，沉积真空度设置为20-5pa。沉积在硬质合金表面的金刚石薄膜的检测步骤为：涂层硬度采用mh-6型维氏硬度计测试，表面形貌采用ky2800型扫描电镜和siri00场发射扫描电镜观察，界面结合力采用mft-4000型多功能材料表面性能试验机，化学成分分析采用能谱仪分析，附着性能采用压痕法表征。
实施案例2：
采用不同的化学脱钻处理工艺对基体进行表面处理，一步法和二步法处理对基体表面状态具有较为明显的影响。yg3采用一步法处理后，表面产生少量大而深的孔洞，具有一定的腐蚀效果。yg3采用二步法处理时，在其他工艺条件不变的情况下，wc腐蚀时间分别采用25min和35min，随着c溶液浸蚀时间的延长，表面粗糙度明显增加，有大量的空隙，晶粒间形成很多细小的沟槽和孔洞。
实施案例3：
采用与yg3相同的工艺对yg6进行脱钴处理，其处理后的表面形貌和钴含量变化情况呈现出与yg3类似的规律。yg6和yg3在经同样的脱钴处理后，yg6表面较yg3更为粗糙，缺陷密度更大。这主要是由于yg6的co含量高于yg3，是yg3的3倍。
实施案例4：
由于中、低钴硬质合金的韧性较差，不适合用作难加工金属和冲击韧性的加工工具，也不适合用作金属模具，而高钴硬质合金却是这类加工工具和模具的最佳选择。静置二步法脱钴处理对基体表面co的腐蚀效果有限，并不能彻底去除基体表面co。通过延长第一步浸蚀剂b和第二步浸蚀剂c的腐蚀时间，可更为彻底的去除粘结相co，但是延长第一步腐蚀时间，会使腐蚀深度不断加深，导致基体疏松，强度降低。经超声波振荡辅助化学脱钴处理可大大增强二步法对co的腐蚀效果，能有效的缩短二步法的腐蚀时间，减小腐蚀深度，避免基体表面强度大幅度下降。为尽可能彻底除去基体表面co，yg10和yg13均采用超声波振荡辅助化学脱钴处理。yg10硬质合金基体超声波振荡辅助化学脱钴处理后，表面co含量降至一个非常低的水平。yg10经超声波振荡辅助第一步处理后表面包覆的wc被有效去除，co充分显露；再经超声波振荡辅助第二步浸蚀剂c处理后，基体表面的co去除得十分彻底，甚至比yg3和yg6的处理效果还要理想。通过对比yg13二步法静置处理和二步法超声波振荡辅助处理的sem像可以看出，加超声波振荡辅助处理后，表面缺陷更为细小，表面粗糙度和表面缺陷密度明显增加。
实施案例5：
未经脱钴处理的yg3沉积的金刚石薄膜晶形完整，但形核密度极低，且颗粒间孔洞很大，表面粒度较大，约为9μm。经一步法处理后的样品沉积的金刚石薄膜形核密度明显增加，但颗粒尺寸差异很大，二次形核严重，晶粒之间仍有较多空隙。这主要是因为一步法处理后基体表面缺陷密度较稀疏，不够致密。随着第一步浸蚀剂b腐蚀时间加长，金刚石成核密度逐渐变大，表面被金刚石颗粒覆盖，并连接成片，晶粒大小较为均匀。经二步法处理后的基体沉积所得金刚石薄膜连续致密，颗粒细小均匀，晶粒均匀化程度大为提高，晶粒刻面清晰。yg6、yg10和yg13经不同化学脱钴处理对金刚石薄膜的影响表现出与yg3极其相似的规律。但是，在未经处理的yg3、yg13四种硬质合金中，只有yg3和yg6可沉积上金刚石薄膜，yg6上金刚石薄膜出现局部自动脱落现象，高co含量硬质合金yg10和yg13难以沉积出金刚石薄膜，使用万用表测量薄膜表面为导通状态，说明主要为石墨相。
实施案例6：
薄膜与基体之间结合强度的好坏对薄膜的使用效果与使用寿命都有重要的影响。薄膜与基体的结合强度是评价薄膜质量最关键的指标，是保证薄膜满足其力学、物理和化学等使用性能的基本前提。评价膜基结合强度的方法有多种，如划痕法、压入法、直接拉伸法、鼓泡法，以及一些改进的方法。压入法是20世纪80年代初才提出作为检验结合强度的方法，20世纪80年代末将四棱锥压头改为圆锥压头。进入20世纪90年代后压入法的力学理论分析得到发展，德国发展了用洛氏硬度计压入测试膜基结合强度的方法，并已于1991年成为德国工程师手册中的标准之一。这种方法使用洛氏硬度计加载，引起与压痕边缘相邻的膜层破坏。在卸载后用100倍的光学显微镜观察，以评定其实验结果。
实施案例7：
就低钻硬质合金yg3而言，化学处理工艺对压痕形貌有一定的影响，但treat1与treat2的差别不是很明显，均表现出较好的附着性能。相同沉积条件下，treat2-2表现出最好的附着性能。就中钴硬质合金yg6而言，化学处理工艺对压痕形貌有很大的影响，treat1明显差于treat2的处理效果，相同沉积条件下，treat2-2表现出最好的附着性能。对56个压痕实验进行统计发现，八类结合强度均有出现，其中严重破坏的比例65%以上。