一种用于金刚石涂层梯度硬质合金基体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属硬质合金技术领域，特别是涉及一种用于金刚石涂层梯度硬质合金基体的制备方法。
【背景技术】
[0002]金刚石具有高硬度、高耐磨性、高热导率、低摩擦系数、低热膨胀系数等优异特性，在WC-Co硬质合金工具表面采用化学气相沉积(CVD)方法涂覆一层金刚石薄膜可有效改善工具的切削性能，非常适用于有色金属及合金、金属基复合材料、陶瓷、玻璃纤维或碳纤维聚合物层压制品等难加工材料的切削加工。
[0003]金刚石薄膜与硬质合金基体的结合强度是决定金刚石涂层工具切削性能与使用寿命的关键因素。许多研究表明，硬质合金基体表面的粘结相钴(Co)对金刚石膜/基附着力有显著的不利影响，表面贫Co是硬质合金基体上获得高附着力金刚石涂层的必要条件。
[0004]消除或降低硬质合金基体表面Co对金刚石涂层的负面影响，目前通常采用两条技术途径:一是采用低钴(Co ( 6wt.% )或无Co硬质合金基体；二是涂层前对硬质合金基体表面进行预处理。采用低钴或无钴硬质合金基体，虽然可以避免金刚石涂层过程中Co的不利影响，提高金刚石膜的附着力，但低钴或无钴硬质合金强度低、韧性差，不适用于难加工材料的切削工具。高Co含量(Co彡10wt.% )硬质合金强度高、韧性好，是金刚石涂层工具基体材料的最佳选择。因此，近十年来国内外研究者尝试了各种预处理方法以期在高Co含量硬质合金基体上获得贫钴表面，改善金刚石膜/基附着力，但这些方法在实际应用中均存在明显的不足之处，如，酸浸蚀或刻蚀等化学去Co法，虽可有效降低基体表层的Co含量，但同时却会使表层因失Co而结构疏松，制备的金刚石涂层易因起源于疏松表层中的缺陷而碎裂或剥落；激光辐照去Co法虽可以同时达到表面去Co及粗化的目的，但这种处理方法不适用于复杂形状基体且费用昂贵，不具备生产实用价值；施加中间过渡层的方法虽能在基体表面得到不含Co的新表面层，但工艺复杂，成本高，且会使金刚石成核率降低，金刚石膜的沉积变得异常困难。迄今为止，金刚石涂层高Co含量硬质合金膜/基附着力差的问题仍未得到根本解决。
[0005]梯度硬质合金具有表层Co含量低、心部Co含量高的独特结构，可有效解决金刚石涂层附着力与基体强韧性之间的矛盾。申请号为03117958.4的中国专利文献《表面层贫钴的梯度硬质合金上进行金刚石涂层的方法》公开了一种在梯度硬质合金表面沉积金刚石薄膜的方法，但其采用的梯度硬质合金为DP合金，心部含大量脆性的η相(Co3W3C或Co6W6C)，并不适宜用作金刚石涂层工具的基体。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于金刚石涂层梯度硬质合金基体的制备方法，针对现有金刚石涂层硬质合金工具的不足，提供一种工艺方法简单、过程控制简便，适用于金刚石涂层高Co含量硬质合金工具的梯度硬质合金基体制备方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种用于金刚石涂层梯度硬质合金基体的制备方法，其中所述的方法包括:
[0008](a)制备整体不含η相的贫碳硬质合金；
[0009](b)将所得贫碳硬质合金磨削加工成工具；
[0010](c)对工具进行气体渗碳表面处理；
[0011](d)对所得渗碳处理工具抛光、化学腐蚀和超声波清洗，即得到用于金刚石涂层的梯度硬质合金基体。
[0012]所述的方法(a)中制备整体不含η相的贫碳硬质合金的方法为将贫碳WC-CO混合料，经湿磨、干燥、制粒、模压后，按正常烧结工艺进行液相烧结，得到整体不含η相的贫碳硬质合金。
[0013]所述的方法(b)中将所得贫碳硬质合金放在数控磨床上磨削成工具。
[0014]所述的方法(c)中将工具垂直放置在真空烧结炉内，在富碳气氛下进行真空渗碳。
[0015]所述贫碳WC-C0混合料是将WC粉、Co粉和纯W粉配制成总碳含量位于WC_Co平衡相图的两相区边界、但低于化学计量碳的WC-Co混合料。
[0016]所述富碳气氛为甲烷体积百分浓度为0.8?2.5vol.%的甲烷和氢气混合气体。
[0017]所述的步骤(c)中渗碳温度1260?1320°C，时间2?4h，混合气体流量4?10L/min，炉内压力0.25?0.5atm0
[0018]所述的步骤(d)中化学腐蚀为先用Murakami试剂侵蚀lOmin，然后用H2S04:H202 =1:10试剂侵蚀lmin。
[0019]有益效果
[0020]本发明的优点有:
[0021](1)本方法制造的金刚石涂层用梯度硬质合金基体，表面Co含量低，金刚石涂层附着力大，心部Co含量高且无τι相存在，强韧性好，制备的金刚石涂层工具有更好的切削性能和使用寿命。
[0022](2)本发明的梯度硬质合金基体，可采用微波等离子体CVD法、热丝CVD法等常规方法制备金刚石涂层，无需对金刚石涂层设备、工艺进行改进。
【附图说明】
[0023]附图1为本发明制造梯度硬质合金基体的工艺流程图；
[0024]附图2为本发明实施例1中梯度硬质合金基体的XRD谱图；
[0025]附图3为本发明实施例1中梯度硬质合金基体中Co含量的分布图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0027]如图1所示，一种用于金刚石涂层梯度硬质合金基体的制备方法，其中所述的方法包括:
[0028](a)制备整体不含η相的贫碳硬质合金；
[0029](b)将所得贫碳硬质合金磨削加工成工具；
[0030](c)对工具进行气体渗碳表面处理；
[0031](d)对所得渗碳处理工具抛光、化学腐蚀和超声波清洗，即得到用于金刚石涂层的梯度硬质合金基体。<