一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法，包括：1)制备含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料；2)在含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料上镀金刚石膜；所镀金刚石膜大部分在外露于钢铁基体表面的纳米金刚石颗粒上外延生长形成，少部分金刚石膜在钢铁基体表面其余部分成核相伴生长，两类膜相互连接形成有锚固功能的镀膜结构。采用本发明专利技术所述方法后，金刚石镀膜与基体间的结合强度得到大幅提升，从而提高了金刚石镀膜(层)的抗剥落、抗划伤性能。抗划伤性能。抗划伤性能。

【技术实现步骤摘要】
一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法


[0001]本专利技术涉及金刚石镀膜
，尤其涉及一种在钢铁基体上镀高基膜结合强度、抗剥层抗划伤金刚石膜的方法。

技术介绍

[0002]金刚石膜、类金刚石膜以其具有最高的硬度、热导率、热震性能以及极高的强度和优异的摩擦学特性等优点得到了越来越多的关注。在世界范围内，金刚石镀膜制备技术及应用研究得到了快速发展，其中，金刚石膜与基体间的结合强度是世界瞩目的核心制备技术之一。由于钢铁基体与金刚石膜层的热胀系数差异较大，受热或受热应力作用，导致金刚石膜易剥落，抗划伤性能较差；加之铁元素具有高溶碳性、催生石墨相倾向，也影响了金刚石镀膜与基体材料的结合强度和膜的性能。基/膜结合强度已经成为金属材料，尤其是钢铁材料金刚石镀膜的技术瓶颈。如何提高基体与镀层间的结合强度，已成为在钢铁基体表面进行高质量金刚石镀膜的关键技术。
[0003]目前，在普通钢铁零件上进行工业化金刚石镀膜是世界性难题，中国年产钢铁8亿吨，由钢铁制造的机械零件达一亿吨以上，其中需要表面金刚石镀膜的机械零件量大面广，因此实现钢铁材料高质量金刚石镀膜意义重大。
[0004]为提高金刚石镀膜(层)与基体(衬底)间的附着力，克服金刚石镀膜镀层易剥落、抗划伤性能低下问题，国内国外采用的几种具有代表性的工艺技术可概括为：
[0005]一、强化衬底清洗：
[0006]如公开号为CN108330443A的中国专利申请公开的“一种类金刚石镀膜方法”，对待镀衬底表面和石墨靶材在镀前进行离子束清洗。其它清洗方式包括超声清洗、在含有金刚石粒子的超声溶液中清洗等。
[0007]二、衬底上预镀膜；
[0008]如公告号为CN100516286C的中国专利技术专利公开的一种“类金刚石薄膜镀膜方法”，其先在衬底上镀Ti，通氮气后制备出TiN膜，再在此膜上镀含Ti的类金刚石膜。目前，在衬底上预镀Ni、Cr、Cu已经成为常用的方法；预镀多层金属薄膜的作用是平衡衬底与金刚石镀膜间的热胀系数梯度差或建立受力缓冲层。
[0009]三、消除或减弱衬底材料对金刚石的催石墨化影响；
[0010]如：引入超声振动后酸碱两步法预处理，对硬质合金衬底表面去Co催石墨化作用，能够有效的抑制钴对金刚石薄膜的不利影响,对提高金刚石薄膜与基体之间的附着力起着非常重要的作用。
[0011]再如:在高速钢表面渗B后的CVD金刚石膜。为了克服高速钢中Fe元素对金刚石生长的不利影响,在高速钢表面利用渗硼技术先生成B、Fe的化合物的中间层，然后再制备CVD金刚石膜。
[0012]四、金刚石掺杂；
[0013]如将碳化硅掺入金刚石镀层中，不仅可以提高涂层的断裂韧性，还能够提高薄膜
与基体之间的粘附性。该复合薄膜中含有金刚石、碳化硅(β-SiC)，还可掺杂W、Cr、Mo元素。
[0014]五、粉末冶金备法备制含金刚石颗粒的基体；
[0015]如公开号为CN1170776A的中国专利申请公开了“一种金刚石薄膜涂覆硬质合金刀具的制造方法”，提出150～600目金刚石颗粒与WC-Co混料用粉末冶金法制备基体，然后在其上进行金刚石镀膜，实现含20～100微米金刚石的硬质合金复合材料上的孕镶金刚石镀膜。
[0016]上述措施虽然从不同角度不同程度地提高了基膜间结合强度，但仍难以满足基体与金刚石镀膜高强度结合性能的要求，金刚石镀膜(层)的抗剥落抗划伤性能的提高仍是金刚石镀膜工业化应用的巨大障碍。尤其是在钢铁基体上进行高性能的金刚石镀膜，像发动机缸套的金刚石镀膜(因受热后线膨胀系数的差别大导致镀膜牢固性差)、凸轮轴金刚石镀膜(交变冲击力大)，以及工具金刚石镀膜(因同时受热和力导致镀膜牢固性差)等，这类钢铁材料和钢铁机械零件受成本、制造工艺和性能限制，几乎完全不能用含金刚石颗粒的粉末冶金法制备基体材料以强化结合力。因此，需要研发一种能够大幅度提升膜(层)与基体结合强度且具性价比高的新技术。

技术实现思路

[0017]本专利技术提供了一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法，在含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料上镀金刚石膜，嵌于基体中的纳米金刚石颗粒外延生长形成的金刚石膜根植于基体中，并且与基体表面相伴生长的金刚石膜形成一体且有锚固功能的镀膜结构；最终得到的金刚石镀膜与基体间的结合强度得到大幅提升，从而提高了金刚石镀膜(层)的抗剥落、抗划伤性能。
[0018]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0019]一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法，包括如下步骤：
[0020]1)制备含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料；
[0021]2)在含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料上镀金刚石膜；
[0022]所镀金刚石膜大部分在外露于钢铁基体表面的纳米金刚石颗粒上外延生长形成，少部分金刚石膜在钢铁基体表面其余部分成核相伴生长，两类膜相互连接形成有锚固功能的镀膜结构。
[0023]所述纳米金刚石颗粒包括纳米级金刚石颗粒及微纳米级金刚石颗粒，粒度不大于1微米。
[0024]所述含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料是由经预处理的纳米金刚石颗粒在无氧环境下，通过固态热扩散方式渗入到钢铁基体中形成，固态热扩散时的温度为650～1350℃。
[0025]所述含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料通过在钢铁基体表面进行金刚石复合电镀、金刚石复合电铸、金刚石复合化学镀制备得到，或者直接采用含金刚石的粉末冶金法、金刚石复合铸渗法制备得到。
[0026]所述纳米金刚石颗粒为单一的纳米金刚石颗粒，或者是纳米金刚石颗粒与碳化物、氧化物、金属化合物，或者是含Ti/W/Mo/Cr/V的纳米金属粉末按任意比例均匀混合后的混合物，以及经机械合金化、热扩散形成的化合物。
[0027]所述含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料的待镀表面，在镀金刚石膜之前先经表面预处理。
[0028]所述表面预处理为机械法表面预处理、化学法表面预处理或机械-化学法表面预处理。
[0029]所述含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料包括钢铁型材、钢铁机械零部件、工具、刃具、模具。
[0030]所镀金刚石膜包括类金刚石膜和纳米金刚石膜。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]1)在战略基础材料
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钢铁材料上实现高质量高性能锚固金刚石镀膜；
[0033]钢铁材料历来都是战略性基础材料，重大装备、高性能机械零部件、机械产品和高性能工具中的很多产品都需要在钢铁基体上实现高性能的金刚石镀膜；本专利技术所述的锚固金刚石镀膜法突破了以钢铁材料为基体高性能金刚石镀膜的世界性的技术瓶颈，为钢铁机械零部件和机械产品的金刚石镀膜提供了实用技术，对提升机械产品的性能、研发生产新的机械产品以及探索新的具有复合功能的材料意义重大。
[0034]2)本专利技术提供了一种锚固金刚石镀膜法，提升了金刚石镀膜的速度和质量；
[0035]目前，对于强化硬质合金基体金刚石镀膜的基/膜结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料；2)在含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料上镀金刚石膜；所镀金刚石膜大部分在外露于钢铁基体表面的纳米金刚石颗粒上外延生长形成，少部分金刚石膜在钢铁基体表面其余部分成核相伴生长，两类膜相互连接形成有锚固功能的镀膜结构。2.根据权利要求1所述的一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法，其特征在于，所述纳米金刚石颗粒包括纳米级金刚石颗粒及微纳米级金刚石颗粒，粒度不大于1微米。3.根据权利要求1所述的一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法，其特征在于，所述含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料是由经预处理的纳米金刚石颗粒在无氧环境下，通过固态热扩散方式渗入到钢铁基体中形成，固态热扩散时的温度为650～1350℃。4.根据权利要求1所述的一种在钢铁基体上镀金刚石膜的方法，其特征在于，所述含纳米金刚石颗粒的钢铁基复合材料通过在钢铁基体表面进行金刚石复合电镀、金刚石复合电铸、金刚石复合化学镀制备得到，或者直接采用含金刚石的粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾春德，王玉琴，
申请(专利权)人：王玉琴，
类型：发明
国别省市：