【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金刚石制造，具体涉及一种制备硬质合金表面金刚石涂层的布晶预处理方法。
技术介绍
1、硬质合金工具被广泛用作刀具材料(如车刀、铣刀、钻头等)及耐磨器件材料(如拉丝模具及轴承等)。在上述应用领域，硬质合金工具的工作环境极端苛刻，导致材料磨损非常严重，寿命短，损耗大，严重影响加工效率和加工质量。传统硬质合金工具难以满足在这些领域中长期稳定工作的需要，通常使用涂层进一步增加刀具的力学性能。化学气相沉积(chemical vapor deposition,cvd)金刚石涂层具有十分接近天然金刚石的硬度、高弹性模量，高导热率，良好的化学稳定性和自润滑性等优异性能，常被用作硬质合金工具涂层材料，提升工具的工作效率和使用寿命。
2、目前金刚石涂层硬质合金工具的膜基结合性能较差是影响其使用寿命的关键因素之一，而其膜基结合性能主要受以下几方面影响：(1)硬质合金材料中的co元素在沉积过程高温趋势下不断向表面扩散，易导致界面金刚石石墨化从而降低膜基结合力；(2)硬质合金与金刚石涂层的热膨胀系数差异较大，导致沉积结束后的冷却过程产生较大的热应力，对膜基结合造成危害；(3)金刚石涂层沉积前对硬质合金衬底的酸碱预处理致其表面粗化，有较多疏松孔洞产生，后续金刚石形核的不均匀性导致孔洞未被填充而一直存在于界面处，进一步降低了膜基结合性能。一些研究者尝试过渡层技术或渗硼渗碳使游离钴转化为钴化合物而阻断钴的扩散，减轻(1)对涂层附着力的影响，但这些工艺流程较为复杂，不利于金刚石涂层的规模化应用。方面(2)是在硬质合金衬底上生长金刚石涂层过
3、经对现有技术的文献检索发现，中国专利“金刚石涂层高温高压喷雾喷嘴的制备方法"(cn201410005575.2)记载了一种基于酸碱预处理后硬质合金衬底的研磨工艺，具体操作为采用蘸有金刚石研磨膏的细晶粒砂纸对硬质合金衬底表面进行手工研磨，去除酸碱预处理后形成的疏松层并对衬底表面进行初步布晶，但该方法人工成本高且研磨效率低，研磨及布晶效果和稳定性难以保证。中国专利“一种超分散纳米金刚石及其制备方法”(cn201710104715.5)记载了一种可用于金刚石薄膜生长前布晶预处理的纳米金刚石悬浮液制备方法，该方法能够防止纳米金刚石的团簇，还能对纳米金刚石的表面电位进行调控，使其选择性地吸附在带有不同电位的衬底材料表面上，但记录所提到的悬浮液制备方法是普适性的，并未提及针对硬质合金衬底的特异性方案。
4、静电自组装是目前可用于金刚石薄膜生长的最具潜力布晶技术之一，其利用液体中分散性良好且带电荷的纳米金刚石颗粒与带电衬底表面间的静电相互作用，可实现衬底表面金刚石的高密度吸附，即均匀布晶。该方法适用范围广，可针对不同衬底材料开发对应的悬浮液，显著提高衬底表面的金刚石颗粒密度。对酸碱预处理后的硬质合金来说，高密度金刚石晶种可填充其表面孔洞，为后续金刚石沉积提供有利而均匀的成核位点，利于生长厚度均匀且致密的高质量金刚石薄膜。
5、中国专利“金刚石涂层的制备方法及其制得的金刚石涂层、刀具”(cn201811044751.8)公开了一种金刚石涂层制备方法，该方法即利用静电自组装原理，要求纳米金刚石悬浮液中纳米金刚石颗粒的带电性与基体表面所带电荷相反，因此需要对基体进行氢等离子体等特殊处理使其带特定电荷，但过程繁琐，设备昂贵，不利于工业化；此外，该制备过程需要超声振动辅助，可控性差，伴随着未带电金刚石颗粒通过碰撞吸附在衬底表面的可能性，对涂层附着力不利。
6、本专利技术直接利用酸碱预处理后硬质合金基体带负电的特性，与悬浮液中纳米颗粒上的带正电铵根离子产生吸附作用从而促进二者高质量结合，故无需对基体进行特殊预处理，制备过程简单经济；且依托电泳辅助技术将衬底完全置于一个充满带电纳米颗粒的液体环境，增大二者产生静电吸附的概率，降低未带电颗粒与基体产生的碰撞吸附，有利于提升金刚石薄膜的附着性能。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种制备硬质合金表面金刚石涂层的布晶预处理方法，针对复杂形状刀具外表面或拉丝模具内孔表面和入口锥面，采用电泳辅助静电自组装技术实现衬底表面高密度均匀布晶，而后通过cvd方法在衬底表面沉积金刚石薄膜，大幅提高原有金刚石薄膜的质量均匀性及附着性能，对延长刀具寿命，保障工件加工质量意义重大。
2、本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：
3、本专利技术提供了一种制备硬质合金表面金刚石涂层的布晶预处理方法，包括如下步骤：
4、s1、将钨钴类硬质合金的待涂层面，作为涂层衬底，进行酸碱预处理；
5、s2、与酸碱预处理后的涂层衬底，采用电泳辅助静电自组装布晶方法，进行布晶预处理；
6、s3、将布晶预处理后的涂层衬底采用cvd方法，制备金刚石涂层。
7、作为本专利技术的一个实施方式，步骤s1中，所述的酸碱预处理是指：将涂层衬底材料放入murakami溶液中浸泡，再将其放入caro混合酸溶液中浸泡。将硬质合金衬底材料放入murakami溶液中浸泡30～60min，是为了暴露表面的钴元素(co)，再将其放入caro混合酸溶液中浸泡0.5-2min，是为了去除表面的co元素。
8、所述murakami溶液由三种主要成分组成：koh(氢氧化钾)、k3(fe(cn)6)(铁氰化钾)和h2o(水)，各组分质量配比为koh：k3(fe(cn)6)：h2o＝1：1：10。
9、所述caro混合酸溶液的成分为h2so4和h2o2，其体积配比为h2so4：h2o2＝1：10。
10、作为本专利技术的一个实施方式，步骤s2中，所述的电泳辅助静电自组装布晶方法为：在电泳装置中倒入纳米金刚石微粉悬浮液，将石墨电极插入溶液，将衬底放在阳极附近，通过电泳，进行布晶预处理。
11、所述纳米金刚石悬浮液包括稳定剂、去离子水和纳米金刚石颗粒。纳米金刚石悬浮液中，稳定剂的浓度为4～6×10-6mol/l，纳米金刚石颗粒的质量分数为0.005～0.1wt.％，粒径大小为3～30nm。稳定剂为[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(tmaemc)。所述纳米金刚石悬浮液的ph值为4，具体是通过加入适量稀盐酸来调节使之为4，用ph试纸辅助检测。
12、所述电泳的时间为30～60min，布晶后进行简单冲洗吹干。纳米金刚石悬浮液的zeta电位为-30～-20mv之间。电泳时，将石墨电极插入溶液2～3cm的深度，将衬底放在阳极附近保持30～60min，以使表面吸附了特定基团的带负电纳米金刚石颗粒静电吸附在衬底材料表面。所述的吸附在纳米金刚石颗粒表面的特定基团指tmaemc中的铵基，其作为纳米金刚石颗粒的锚静电吸附在被氧化的硬质合金基体表面。
13、作为本专利技术的一个实施方式，步骤s2中，布晶预处理后的涂层衬本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备硬质合金表面金刚石涂层的布晶预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的布晶预处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述的酸碱预处理是指：将涂层衬底放入Murakami溶液中浸泡，再将其放入Caro混合酸溶液中浸泡。
3.根据权利要求2所述的布晶预处理方法，其特征在于，所述Murakami溶液由KOH、K3(Fe(CN)6)和H2O(水)组成，各组分质量配比为KOH：K3(Fe(CN)6)：H2O＝1：1：10。
4.根据权利要求2所述的布晶预处理方法，其特征在于，所述Caro混合酸溶液的成分为H2SO4和H2O2，其体积配比为H2SO4：H2O2＝1：10。
5.根据权利要求1所述的布晶预处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述的电泳辅助静电自组装布晶方法具体为：在电泳装置中倒入纳米金刚石悬浮液，将石墨电极插入溶液，将衬底放在阳极附近，通过电泳，进行布晶预处理。
6.根据权利要求5所述的布晶预处理方法，其特征在于，所述纳米金刚石悬浮液包括稳定剂、去离子水和纳米金刚石颗粒。
7.根据
8.根据权利要求6所述的布晶预处理方法，其特征在于，所述稳定剂为[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵；纳米金刚石悬浮液中，稳定剂的浓度为4-6×10-6mol/L。
9.根据权利要求1所述的布晶预处理方法，其特征在于，步骤S2中，布晶预处理后的涂层衬底还进行清洗处理，具体指：将涂层衬底放置在清水下冲洗3～5s，去除吸附不牢固的多余纳米金刚石颗粒，然后将衬底吹干。
10.根据权利要求1所述的布晶预处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述的CVD方法包括热丝CVD法、等离子体CVD法、微波等离子体CVD法中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种制备硬质合金表面金刚石涂层的布晶预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的布晶预处理方法，其特征在于，步骤s1中，所述的酸碱预处理是指：将涂层衬底放入murakami溶液中浸泡，再将其放入caro混合酸溶液中浸泡。
3.根据权利要求2所述的布晶预处理方法，其特征在于，所述murakami溶液由koh、k3(fe(cn)6)和h2o(水)组成，各组分质量配比为koh：k3(fe(cn)6)：h2o＝1：1：10。
4.根据权利要求2所述的布晶预处理方法，其特征在于，所述caro混合酸溶液的成分为h2so4和h2o2，其体积配比为h2so4：h2o2＝1：10。
5.根据权利要求1所述的布晶预处理方法，其特征在于，步骤s2中，所述的电泳辅助静电自组装布晶方法具体为：在电泳装置中倒入纳米金刚石悬浮液，将石墨电极插入溶液，将衬底放在阳极附近，通过电泳，进行布晶预处理。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新昶，乔煜，刘恩智，李维汉，张保财，史苏芳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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