本发明涉及一种复合涂层刀具及其制备方法，属于复合涂层刀具
技术领域：
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背景技术：
：作为机械加工刀具及耐磨零件主要材料之一的常规硬质合金，已经越来越难以满足其发展要求，金刚石低压化学气相沉积方法的成功开发应用，为研究和开发金刚石涂层硬质合金复合产品奠定了基础。与金刚石单晶和金刚石复合材料相比，金刚石涂层硬质合金产品不仅成本低廉，形状局限性更小，而且其使用性能也能与前两者媲美。但是硬质合金基体与金刚石涂层的热膨胀系数相差悬殊，致使基体与涂层之间的界面结合力较弱，目前的研究主要集中如何提高基体与金刚石涂层之间的界面结合力等方面。金刚石涂层硬质合金产品主要用作切削刀具，但是由于黑色金属及Co、Ni等Ⅷ族元素金属在熔融状态下是C的溶剂，在机械加工过程中，局部高温使得金刚石的碳原子溶入金属晶格中，金刚石及金刚石相关的涂层产品的切削刃将无法继续工作。通过增加切削液，使金刚石涂层工具刃口加工工件时，温度相对降低，使金刚石涂层工具加工黑色金属，并且由于高硬度高强度的特性，效果优异，但是由于加入的切削液会对环境造成不良的影响，不利于绿色环保。因此如何使金刚石涂层刀具在加工黑色金属和Co、Ni等Ⅷ族元素金属及其合金材料时，在保持其高硬度高强度等特性的同时，又可以不对环境造成影响，成为亟待解决的问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种复合涂层刀具，可用于黑色金属和Co、Ni等Ⅷ族元素金属及其合金材料的加工。本发明还提供了一种上述复合涂层刀具的制备方法。为了实现以上目的，本发明的复合涂层刀具所采用的技术方案是：一种复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层和氮化物层。本发明的复合涂层刀具，在金刚石层外设置氮化物层，利用氮化物的红硬性，提高了复合涂层刀具的耐高温性和耐腐蚀性，并使金刚石与铸铁、黑色金属、Ⅷ族元素金属及其合金之间不发生粘合，有效地促进了金刚石涂层和氮化物复合涂层铸铁、对黑色金属、Ⅷ族元素金属及其合金的加工性能。由于高硬度的金刚石涂层的存在，提高了刀具基体表面的复合涂层的硬度值，结构致密的氮化物层又能够提高复合涂层的耐高温温度和韧性。高硬度和高韧性值提高了复合涂层刀具的加工强度，使其能够用于粗加工及断续加工。所述金刚石层和氮化物层之间设置有钛金属层，所述钛金属层和金刚石层之间还设置有碳化钛过渡层。在金刚石层和氮化物层之间设置钛金属层和碳化钛过渡层，能够增强氮化物等和金刚石层之间的结合强度，使用过程无氮化物脱落现象，延长了复合涂层刀具的使用寿命。所述钛金属层的厚度为0.01～0.2μm，碳化钛层的厚度为0.01～0.1μm。切削工件时，氮化物层在刀具表面形成热屏障。所述氮化物层由氮化物构成；所述氮化物由Ti、Si、Al、Cr、Zr中的至少一种元素与N元素组成。优选的，所述氮化物由Si、Al、Cr、Zr中的至少一种元素与Ti元素、N元素组成。优选的，所述氮化物由Ti、Si、Al和N元素组成。所述氮化物中Ti、Si和Al的原子摩尔比为1～3:0.05～0.3:2～3。因N元素在涂层化合物形成过程中，参与其它元素形成接近于计量比的氮化合物。但在涂层成分中，氮化物中N原子与其它元素原子的实际比例值的准确值难以确定，以文以未知数x代替氮的相对摩尔比值。所述氮化物层的厚度为2～6μm；所述金刚石层的厚度为3～15μm。所述刀具基体为硬质合金、Si3N4陶瓷中的一种。以硬质合金作为刀具基体时，既可以直接将金刚石涂层设置在硬质合金上，还可以在硬质合金和金刚石层之间设置用于改善硬质合金与金刚石结合性能的涂层。本发明的复合涂层刀具的制备方法所采用的技术方案为：一种上述的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：在金刚石涂层刀具上沉积氮化物形成氮化物层，即得；所述金刚石涂层刀具包括刀具基体和涂覆在刀具基体上的金刚石层。本发明的复合涂层刀具的制备方法，工艺简单，便于推广应用。所述金刚石涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：将刀具基体依次进行碱洗、脱钴、种晶籽，然后在刀具基体上沉积金刚石层，即得；所述刀具基体为硬质合金。所述碱洗采用的洗液是将氢氧化物、铁氰化物、水按照质量比为1:0.8～1.3:8～13混合得到。所述氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中至少一种。所述铁氰化物为铁氰化钾、铁氰化钠中至少一种。碱洗时，将刀具基体放入洗液中超声处理20～30min。碱洗后，用水对刀具基体进行洗涤。采用酸洗的方式进行脱钴。所述酸洗采用的洗液是将硫酸和双氧水按照质量比为1:1～2.4的比例进行混合得到。所述双氧水的质量分数为30～50％，所述硫酸的质量分数为97～99％。酸洗时，将刀具基体放入洗液中浸泡5～40s。优选的，将刀具基体放入洗液中浸泡的时间为20～40s。酸洗后，用水对刀具基体进行洗涤。种晶籽采用的方法包括以下步骤：将酸洗过的刀具基体放入纳米金刚石悬浮液中进行超声处理。所述纳米金刚石的粒径为20～60nm。种晶籽的过程中，超声处理的时间为20～50min。将种晶籽后的刀具基体取出后，用水对刀具基体进行洗涤。用水对刀具基体进行洗涤时，可以采用去离子水。如可以将刀具基体放入水中超声2～10min以对刀具基体进行洗涤。采用热丝CVD法在刀具基体上沉积金刚石薄膜形成金刚石层。所述热丝CVD法，是将反应源在1～2.4kPa，800～1200℃环境下沉积5～15h。所述反应源为H2和碳源。所述碳源为CH4。在金刚石涂层刀具上沉积氮化物采用气相沉积法，如采用磁控溅射法。优选的，在金刚石涂层刀具上沉积氮化物采用脉冲磁控溅射法。采用脉冲磁控溅射法在金刚石涂层刀具上沉积氮化物采用的是磁控溅射镀膜机。所述脉冲磁控溅射法是在氮气和氩气的混合气氛中，控制温度为500～550℃、偏压电源电压为70～100V、靶材电源脉冲频率为500～1000Hz、靶材电源功率为8000～10000kW，溅射2.5～7h。沉积氮化物时所采用的靶材可以根据氮化物的组成，选择相应组成元素的靶材。如沉积氮化物由Ti、Si、Al三种元素与N元素组成时，可采用钛铝靶材和硅钛靶材。钛铝靶材和硅钛靶材中各金属原子的比例根据氮化物中Ti、Si、Al的原子的摩尔比进行选择。氮气和氩气的混合气氛中，氮气的分压为为400～600MPa。氮气和氩气的混合气氛中，氩气的分压为250～300MPa。在金刚石涂层刀具上沉积氮化物前，先在金刚石涂层刀具上沉积钛金属在远离金刚石涂层刀具的方向上依次形成碳化钛层、钛金属层。在金刚石涂层刀具上沉积钛金属采用气相沉积法，如采用磁控溅射法。优选的，在金刚石涂层刀具上沉积钛金属采用脉冲磁控溅射法。所述磁控脉冲溅射法是在氩气气氛中，控制温度为500～550℃、偏压电源电压为70～100V、靶材电源脉冲频率为500～1000Hz、靶材电源功率为2000～3000kW，溅射25～35min。沉积钛金属层所采用的靶材为Ti靶材。在沉积钛金属层时，Ti离子与金刚石的碳源化学反应结合，类似与金刚石颗粒表面镀钛的原理，金属钛与碳反应形成TiC过渡层：Diamond(C)-TiC-Ti，采用物理气相沉积法在金刚石层上沉积得到金属钛层，提高了金属钛层与金刚石层的化学结合力。在沉积氮化物和钛金属时，采用高功率的脉冲磁控溅射法，溅射金属靶材产生大量电离，给予靶材兆瓦级的高能量脉冲，在靶材表面形成高载荷密度的等离子，有力的改善涂层的层结构和层特性，这是由于高能量溅射所得涂层的残余应力小，涂层之间的结合力增大且大于剪切力。在金刚石涂层刀具上沉积钛金属前，先对金刚石涂层刀具的金刚石层依次进行喷砂处理、辉光放电清洗和离子刻蚀。所述喷砂处理采用的介质为Al2O3。喷砂处理的压力为3～4MPa，时间为8～15min。喷砂处理后将金刚石涂层刀具采用水进行洗涤，如可以将金刚石涂层刀具放入水中超声50～80min。所述辉光放电清洗和离子刻蚀是均在磁控溅射镀膜设备中进行。所述辉光放电清洗是在磁控溅射镀膜设备中，控制温度为500～550℃、偏压电源电压为1000～1100V，在氩气氛围中对金刚石涂层刀具清洗40～180min。所述离子刻蚀是在磁控溅射镀膜设备中，控制温度为500～550℃、靶材电源功率为2000～3500kW、偏压电源电压为600～800V、靶材电源脉冲频率为500～1000Hz，在氩气气氛中开启靶材对金刚石涂层刀具轰击25～35min。离子刻蚀采用的靶材为Ti靶材或钛铝靶材。开始进行离子刻蚀以及沉积氮化物前，将磁控溅射镀膜设备抽真空至1×10-3Pa。离子刻蚀和沉积钛金属过程中，充入的氩气的流量为80～120sccm，以维持所需要的氩气气氛。辉光放电清洗时，转台的转速为0～5min/r。离子刻蚀、沉积钛金属和沉积氮化物的过程中，转台的转速为1～5min/r。优选的，离子刻蚀、沉积钛金属和沉积氮化物的过程中，转台的转速为1～3min/r。附图说明图1为实施例1的复合涂层刀具的结构示意图；其中，1-刀具基体，2-金刚石层，3-碳化钛过渡层，4-钛金属层，5-氮化物层。具体实施方式以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。具体实施方式中，实施例1～5采用的刀具基体为YG6硬质合金刀片，规格为VNGA160404；实施例6采用的刀具基体为Si3N4陶瓷，规格VNGA160404。实施例1本实施例的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层2，碳化钛(TiC)过渡层3，钛金属层4和氮化物层5；金刚石层的厚度为4μm，碳化钛过渡层的厚度为0.01μm，钛金属层的厚度为0.01μm，氮化物层的厚度为3μm；氮化物层由氮化物构成，氮化物为Ti2Si0.1Al2Nx。本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：1)将铁氰化钾、氢氧化剂和去离子水按照质量比为1:1:10的比例混合，得到碱洗液，然后将刀具基体放入碱洗液中超声处理25min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；2)将硫酸和双氧水按照3:7的体积比进行混合，得到酸洗液，将步骤1)中洗涤后的刀具基体放入酸洗液中浸泡10s脱钴，取出，放入去离子水中超声处理60min以进行洗涤；所采用的硫酸的质量分数为97％，双氧水的质量分数为30％；3)将步骤2)中洗涤过的刀具基体放入纳米金刚石悬浮液中进行超声处理30min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；所述纳米金刚石的粒径为30nm；4)采用热丝CVD法在步骤3)中洗涤后的刀具基体表面沉积金刚石薄膜形成金刚石层，制得金刚石涂层刀具；热丝CVD法进行沉积以H2和CH4作为反应源，在压力为1kPa、温度为800℃的条件下，沉积时间为5h；5)将步骤4)的金刚石涂层刀具的金刚石层进行机械喷砂处理，喷砂处理的介质为氧化铝，压力为3.5MPa，时间为10min；喷砂处理后采用去离子水洗涤1h；6)将步骤5)中洗涤后的金刚石涂层刀具置于磁控溅射镀膜机的腔体中，抽真空至1×10-3Pa，并加热至500℃，以80sccm的流量通入氩气，设置偏压电源电压为1100V，对金刚石涂层刀具进行辉光放电清洗60min；以Ti为靶材，设置靶材电源功率为2000kW、靶材电源脉冲频率为500Hz、偏压电源电压为800V、转台转速为1min/r，开启靶材轰击30min；然后将偏压电源电压降至100V，开启Ti靶材溅射30min；更换靶材为钛铝靶材和硅钛靶材，抽真空后通入氩气和氮气，使氩气的分压为250MPa，氮气的分压为450MPa，其中氮气的流量为80sccm，然后设置偏压电源电压为80V，并调整靶材功率为8000kW，开启靶材溅射3h；降温，即得。实施例2本实施例的复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层，碳化钛(TiC)过渡层，钛金属层和氮化物层；金刚石层的厚度为8μm，碳化钛过渡层的厚度为0.05μm，钛金属层的厚度为0.1μm，氮化物层的厚度为4μm；氮化物层由氮化物构成，氮化物为Ti2Si0.1Al3Nx。本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：1)将铁氰化钾、氢氧化剂和去离子水按照质量比为1:0.8:8的比例混合，得到碱洗液，然后将刀具基体放入碱洗液中超声处理25min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；2)将硫酸和双氧水按照1:1的体积比进行混合，得到酸洗液，将步骤1)中洗涤后的刀具基体放入酸洗液中浸泡20s脱钴，取出，放入去离子水中超声处理90min以进行洗涤；所采用的硫酸的质量分数为99％，双氧水的质量分数为40％；3)将步骤2)中洗涤过的刀具基体放入纳米金刚石悬浮液中进行超声处理50min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；所述纳米金刚石的粒径为45nm；4)采用热丝CVD法在步骤3)中洗涤后的刀具基体表面沉积金刚石薄膜形成金刚石层，制得金刚石涂层刀具；热丝CVD法进行沉积以H2和CH4作为反应源，在压力为2.4kPa、温度为1000℃的条件下，沉积时间为10h；5)将步骤4)的金刚石涂层刀具的金刚石层进行机械喷砂处理，喷砂处理的介质为氧化铝，压力为3MPa，时间为15min；喷砂处理后采用去离子水洗涤1h；6)将步骤5)中洗涤后的金刚石涂层刀具置于磁控溅射镀膜机的腔体中，抽真空至1×10-3Pa，并加热至550℃，以120sccm的流量通入氩气，设置偏压电源电压为1000V，对金刚石涂层刀具进行辉光放电清洗60min；设置靶材电源功率为3500kW、靶材电源脉冲频率为600Hz、偏压电源电压为600V、转台转速为2min/r，开启Ti靶材轰击30min；然后降低偏压电源电压至80V，开启Ti靶材溅射30min；然后更换靶材为钛铝靶材和硅钛靶材，抽真空后通入氩气和氮气，使氩气的分压为250MPa，氮气的分压为460MPa，氮气的通入流量为90sccm，然后设置偏压电源电压为80V，并调整靶材功率为10000kW，开启靶材溅射4h；降温，即得。实施例3本实施例的复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层，碳化钛(TiC)过渡层，钛金属层和氮化物层；金刚石层的厚度为12μm，碳化钛过渡层的厚度为0.08μm，钛金属层的厚度为0.13μm，氮化物层的厚度为5μm；氮化物层由氮化物构成，氮化物为Ti2Si0.3Al3Nx。本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：1)将铁氰化钾、氢氧化剂和去离子水按照质量比为1:1.3:13的比例混合，得到碱洗液，然后将刀具基体放入碱洗液中超声处理25min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；2)将硫酸和双氧水按照2:3的体积比进行混合，得到酸洗液，将步骤1)中洗涤后的刀具基体放入酸洗液中浸泡30s脱钴，取出，放入去离子水中超声处理90min以进行洗涤；所采用的硫酸的质量分数为98％，双氧水的质量分数为35％；3)将步骤2)中洗涤过的刀具基体放入纳米金刚石悬浮液中进行超声处理20min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；所述纳米金刚石的粒径为60nm；4)采用热丝CVD法在步骤3)中洗涤后的刀具基体表面沉积金刚石薄膜形成金刚石层，制得金刚石涂层刀具；热丝CVD法进行沉积以H2和CH4作为反应源，在压力为1.7kPa、温度为1100℃的条件下，沉积时间为10h；5)将步骤4)的金刚石涂层刀具的金刚石层进行机械喷砂处理，喷砂处理的介质为氧化铝，压力为4MPa，时间为8min；喷砂处理后采用去离子水洗涤1h；6)将步骤5)中洗涤后的金刚石涂层刀具置于磁控溅射镀膜机的腔体中，抽真空至1×10-3Pa，并加热至520℃，以100sccm的流量通入氩气，设置偏压电源电压为1050V，对金刚石涂层刀具进行辉光放电清洗60min；以Ti作为靶材，设置靶材电源功率为2800kW，靶材电源脉冲频率为800Hz、偏压电源电压为700V、转台转速为2min/r，开启靶材轰击30min；然后将偏压电源电压降至90V，开启靶材溅射30min；更换靶材为钛铝靶材和硅钛靶材，抽真空后通入氩气和氮气，使氩气的分压为250MPa，氮气的分压为460MPa，氮气的通入流量为90sccm，设置偏压电源电压为90V，并调整靶材功率为9000kW，开启靶材溅射4.5h；降温，即得。实施例4本实施例的复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层，和氮化物层；金刚石层的厚度为15μm，氮化物层的厚度为6μm；氮化物层由氮化物构成，氮化物为Ti3Si0.3Al3Nx。本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：1)将铁氰化钾、氢氧化剂和去离子水按照质量比为1:1:10的比例混合，得到碱洗液，然后将刀具基体放入碱洗液中超声处理25min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；2)将硫酸和双氧水按照3:7的体积比进行混合，得到酸洗液，将步骤1)中洗涤后的刀具基体放入酸洗液中浸泡40s脱钴，取出，放入去离子水中超声处理90min以进行洗涤；所采用的硫酸的质量分数为97％，双氧水的质量分数为50％；3)将步骤2)中洗涤过的刀具基体放入纳米金刚石悬浮液中进行超声处理30min，取出，放入去离子水中超声处理3min以进行洗涤；所述纳米金刚石的粒径为30nm；4)采用热丝CVD法在步骤3)中洗涤后的刀具基体表面沉积金刚石薄膜形成金刚石层，制得金刚石涂层刀具；热丝CVD法进行沉积以H2和CH4作为反应源，在压力为1kPa、温度为800℃的条件下，沉积时间为15h；5)将步骤4)的金刚石涂层刀具的金刚石层进行机械喷砂处理，喷砂处理的介质为氧化铝，压力为3.5MPa，时间为10min；喷砂处理后采用去离子水洗涤1h；6)将步骤5)中洗涤后的金刚石涂层刀具置于磁控溅射镀膜机的腔体中，抽真空至1×10-3Pa，并加热至500℃，以80sccm的流量通入氩气，设置偏压电源电压为1100V，对金刚石涂层刀具进行辉光放电清洗60min；以Ti作为靶材，设置靶材电源功率为2000kW，靶材电源脉冲频率为500Hz、偏压电源电压为800V、转台转速为3min/r，开启靶材轰击30min；更换靶材为钛铝靶材和硅钛靶材，抽真空后通入氩气和氮气，使氩气的分压为250MPa，氮气的分压为500MPa，氮气的通入流量为100sccm，设置偏压电源电压为80V，并调整靶材电源功率为8000kW，开启靶材溅射7h；降温，即得。实施例5本实施例的复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层，碳化钛(TiC)过渡层，钛金属层和氮化物层；金刚石层的厚度为3μm，碳化钛过渡层的厚度为0.01μm，钛金属层的厚度为0.2μm，氮化物层的厚度为6μm；氮化物层由氮化物构成，氮化物为TiSi0.05Al3Nx。本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：1)将铁氰化钾、氢氧化剂和去离子水按照质量比为1:1.2:9的比例混合，得到碱洗液，然后将刀具基体放入碱洗液中超声处理20min，取出，放入去离子水中超声处理5min以进行洗涤；2)将硫酸和双氧水按照3:7的体积比进行混合，得到酸洗液，将步骤1)中洗涤后的刀具基体放入酸洗液中浸泡40s脱钴，取出，放入去离子水中超声处理70min以进行洗涤；所采用的硫酸的质量分数为97％，双氧水的质量分数为30％；3)将步骤2)中洗涤过的刀具基体放入纳米金刚石悬浮液中进行超声处理40min，取出，放入去离子水中超声处理2min以进行洗涤；所述纳米金刚石的粒径为20nm；4)采用热丝CVD法在步骤3)中洗涤后的刀具基体表面沉积金刚石薄膜形成金刚石层，制得金刚石涂层刀具；热丝CVD法进行沉积以H2和CH4作为反应源，在压力为1.4kPa、温度为1200℃的条件下，沉积时间为4h；5)将步骤4)的金刚石涂层刀具的金刚石层进行机械喷砂处理，喷砂处理的介质为氧化铝，压力为3.2MPa，时间为12min；喷砂处理后采用去离子水洗涤1h；6)将步骤5)中洗涤后的金刚石涂层刀具置于磁控溅射镀膜机的腔体中，抽真空至1×10-3Pa，并加热至500℃，以80sccm的流量通入氩气，设置偏压电源电压为1000V，对金刚石涂层刀具进行辉光放电清洗40min；以Ti作为靶材，设置靶材电源功率为2000kW、靶材电源脉冲频率为900Hz、偏压电源电压为800V、转台转速为2min/r，开启靶材轰击25min；然后降低电压至100V，开启靶材溅射25min；更换靶材为钛铝靶材和硅钛靶材，抽真空后通入氩气和氮气，使氩气的分压为250MPa，氮气的分压为400MPa，氮气的通入流量为80sccm，设置偏压电源电压至100V，并调整靶材功率为8000kW，开启靶材溅射7h；降温，即得。实施例6本实施例的复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层，碳化钛(TiC)过渡层，钛金属层和氮化物层；金刚石层的厚度为15μm，碳化钛过渡层的厚度为0.03μm，钛金属层的厚度为0.16μm，氮化物层的厚度为2μm；氮化物层由氮化物构成，氮化物为Zr3Si0.05Al3CrNx。本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：1)将铁氰化钾、氢氧化剂和去离子水按照质量比为1:0.9:101的比例混合，得到碱洗液，然后将刀具基体放入碱洗液中超声处理30min，取出，放入去离子水中超声处理8min以进行洗涤；2)将硫酸和双氧水按照3:7的体积比进行混合，得到酸洗液，将步骤1)中洗涤后的刀具基体放入酸洗液中浸泡30s脱钴，取出，放入去离子水中超声处理80min以进行洗涤；所采用的硫酸的质量分数为97％，双氧水的质量分数为30％；3)将步骤2)中洗涤过的刀具基体放入纳米金刚石悬浮液中进行超声处理35min，取出，放入去离子水中超声处理5min以进行洗涤；所述纳米金刚石的粒径为30nm；4)采用热丝CVD法在步骤3)中洗涤后的刀具基体表面沉积金刚石薄膜形成金刚石层，制得金刚石涂层刀具；热丝CVD法进行沉积以H2和CH4作为反应源，在压力为2.0kPa、温度为900℃的条件下，沉积时间为17h；5)将步骤4)的金刚石涂层刀具的金刚石层进行机械喷砂处理，喷砂处理的介质为氧化铝，压力为3.8MPa，时间为15min；喷砂处理后采用去离子水洗涤1h；6)将步骤5)中洗涤后的金刚石涂层刀具置于磁控溅射镀膜机的腔体中，抽真空至1×10-3Pa，并加热至500℃，以80sccm的流量通入氩气，设置偏压电源电压为1100V，金刚石涂层刀具进行辉光放电清洗180min；以Ti作为靶材，设置靶材电源功率为2000kW、靶材电源脉冲频率为1000Hz、偏压电源电压为800V、转台转速为3min/r，开启靶材轰击35min；然后将偏压电源电压降为80V，开启靶材溅射35min；更换靶材为锆铝靶材、锆硅靶材和铬铝靶材，抽真空后通入氩气和氮气，使氩气的分压为300MPa，氮气的分压为600MPa，氮气的通入流量为150sccm，设置偏压电源电压为100V，并调整靶材功率为10000kW，开启靶材溅射2.5h；降温，即得。对比例1本对比例的刀具为YG6硬质合金刀片，规格为VNGA160404。对比例2本对比例的刀具为实施例1中制得的金刚石涂层刀具。实验例1采用划痕法测试实施例1～6的复合涂层刀具的氮化物和金刚石的结合强度，结果见表1。表1实施例1～6的复合涂层刀具的氮化物和金刚石的结合强度实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6结合强度/N507511015580由表1中数据可以知，在金刚石层和氮化物层之间设置钛金属层和碳化钛过渡层能够增强金刚石层和氮化物层的结合强度。实验例2分别采用实施例1～6以及对比例1～2的刀具加工灰铸铁测试其使用寿命，测试结果见表2。用于测试的灰铸铁工件的直径为280mm，铸铁的牌号为HT250，硬度为HB190；测试时的加工参数为：切削速度440m/min，进给量0.23mm/min，切深0.5mm，加工件表面粗糙度Ra1.6，加工时间50s。表2实施例1～6以及对比例1～2的刀具的使用寿命测试结果实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1对比例2加工件数/刃13404512113863由表2中数据可知，含金刚石的复合涂层刀具可以有效加工灰铸铁材料。其中，实施例1的复合涂层刀具因制备过程中刀具基体脱钴时间相对较短，Co未能有效脱掉，在此刀具基体上进行沉积金刚石，会使得刀具基体与金刚石界面处存在较多的空隙，基体涂层易产生脱落，影响刀具的使用寿命；而实施例4的复合涂层刀具，因氮化物层与金刚石层间缺少碳化物等化合物，未形成化学键合，使得氮化物与金刚石结合较差，涂层间易脱落，缩短刀具的使用寿命。实施例2和3的复合涂层刀具的测试结果较接近，性能较好，这是由于涂层与基体、涂层与涂层间结合较好优，并且因实施例3的复合涂层刀具的金刚石层较厚，涂层硬度值较大，耐磨性较好与实施例2。实施例5因含Al含量较大，涂层相对较软，耐磨性下降。实施例6中Zr替代Ti，性能与Ti化物大致相同。对比例1和2相比略差。实验例3分别采用实施例1～6以及对比例1～2的刀具加工淬火钢测试其使用寿命，测试结果见表3。用于测试的淬火刚为GCr15轴承淬火钢，硬度HRC58-60。测试时的加工参数为：切削速度146m/min，进给量0.12mm/min，切深0.15mm，加工件表面粗糙度Ra1.6，加工时间60s。表3实施例1～6以及对比例1～2的刀具的使用寿命测试结果实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1对比例2加工件数/刃22100120151198180由表3中数据可知，加工GCr15轴承淬火钢工件时，金刚石涂层工具因刃口高温失效，无法加工淬火钢工件。相比未涂层的硬质合金刀片，复合氮化物层的金刚石涂层工具加工性能明显提升。实施例1～6的复合涂层刀具加工淬火刚时表现出的性能及趋势与加工灰铸铁大致相同。当前第1页1 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