【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属表面涂层处理，具体涉及的是一种金刚石/高熵合金过渡层马氏体不锈钢刀片制备方法。
技术介绍
1、刀具在制造业的发展中扮演着非常重要的角色，目前，国内的研究人员有使用马氏体不锈钢制作刀片，但是这类钢的耐磨性和强度无法满足高质量刀片切削的需要，且刀片使用寿命较短，制约了马氏体不锈钢刀片的发展。
2、金刚石具有极高的硬度，金刚石刀具广泛应用于切割难加工金属材料，金刚石涂层改性的削磨工具机械性能优良、工作效率更高、使用寿命更长，具有良好的应用前景。但是，刀片的基材是钢铁，在金刚石涂层刀具制备过程，铁、钴、镍元素尽管可以促进石墨生成，但是不利于金刚石涂层生长，金刚石涂层容易脱落，因此，在钢铁基材表面直接制备金刚石涂层以延长其使用寿命并不是行之有效的解决方案。
3、高熵合金是由五种或五种以上金属元素按等原子比或近等原子比组成的合金，其独特的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应使其具有诸多优异的性能。中国专利文献：“一种高熵合金表面碳化物/金刚石涂层及其制备方法”（申请号：202110517748.9）中，公开了高熵合金表面能有效生成金刚石涂层，但其涂层与基底结合力较差，涂层极易脱落。中国专利文献：“一种mo基高熵合金及其应用”（申请号：202211513271.8）中，公开一种mo基高熵合金生长金刚石涂层的方法，碳化处理时间为30min，该方法所制备的金刚石涂层具备一定的抗腐蚀能力和耐磨性，但是在外力作用下金刚石涂层仍会发生脱落，无法满足刀片的应用需求。
4、综上所述，在马氏体
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决金刚石涂层无法直接生长在马氏体不锈钢刀片表面的技术问题，本专利技术提供一种金刚石/高熵合金过渡层马氏体不锈钢刀片制备方法。
2、本专利技术的设计构思为：刀片基体的材质为马氏体不锈钢，首先，在刀片基体表面加工微米尺寸微型圆台形成的阵列，并在各微型圆台的顶面（上底面）上制备圆锥盲孔；然后，利用磁控溅射或者双层辉光离子渗金属工艺，在刀片基体表面制备高熵合金过渡层，使高熵合金过渡层完全填充圆锥盲孔并覆盖圆台阵列；最后，对刀片坯料表面进行机械育种后采用微波等离子体化学气相沉积技术进行碳化处理以及金刚石生长，在刀片表面形成具有硬度高、耐磨性和耐蚀性好的金刚石/高熵合金涂层。
3、本专利技术通过以下技术方案予以实现：金刚石/高熵合金过渡层马氏体不锈钢刀片制备方法，包括以下步骤：
4、s1、刀片基体预处理：将马氏体不锈钢刀片基体置于氩气保护气氛中进行退火处理，退火温度为600℃，保温时间为2h，然后随炉冷却至室温，取出备用；预处理工序可以减少刀片基体内部的残余应力，进而为后续工序提供优良的基体材料，避免涂层材料脱落，延长刀片的使用寿命；
5、s2、刀片基体激光加工：取步骤s1预处理后的刀片基体，打磨清洗干净后装卡在激光加工设备上，在刀片基体两侧表面上分别加工圆台阵列；所述圆台阵列包含紧密排列的若干微型圆台，微型圆台的形状及尺寸为：微型圆台上底面直径为10μm-500μm，微型圆台下底面直径为微型圆台上底面直径的1.2~3倍，微型圆台的高度为10μm-300μm，微型圆台之间的间距等于微型圆台下底面的直径；在微型圆台上底面的心部设置圆锥盲孔，圆锥盲孔的直径为5μm-100μm，圆锥盲孔的深度为5μm-200μm；
6、s3、在刀片基体表面制备高熵合金过渡层，包括以下步骤：
7、s3-1、用浓度为0.1 mol/l的hcl溶液对步骤s2激光加工后的刀片基体进行酸洗，去除激光加工后刀片基体表面的氧化物，酸洗完成后用酒精溶液对刀片基体进行超声波清洗，超声波清洗时间为10min；
8、s3-2、根据圆台阵列的高度，采用以下方式在刀片基体表面制备高熵合金过渡层：
9、1）、当10μm≤圆台阵列的高度＜50μm时，采用磁控溅射工艺在刀片基体表面制备高熵合金过渡层，包括以下步骤：首先，将步骤s3-1制备的刀片基体作为基材置于磁控溅射室内，将高熵合金作为靶材置于磁控溅射室内，启动真空泵抽真空至磁控溅射室内的压强为1.5×10-3 pa；然后，向磁控溅射室内通入氩气作为保护气，氩气的流量为70 sccm，当磁控溅射室内压强为0.5pa时，打开磁控溅射电源在刀片基体的单侧面进行磁控溅射，磁控溅射电源的功率为150 w，磁控溅射时间为180min-360min，磁控溅射过程中加偏压，偏压为-150v，在磁控溅射过程中加偏压，能够有效提高刀片和薄膜之间的结合力，完成刀片基体单侧面磁控溅射制备高熵合金过渡层，高熵合金过渡层填充于微型圆台的圆锥盲孔中并完全覆盖圆台阵列；最后，磁控溅射处理完成后关闭磁控溅射电源，取出刀片坯料备用；
10、2）、当50μm≤圆台阵列的高度≤300μm时，采用双层辉光离子渗金属工艺在刀片基体表面制备高熵合金过渡层，包括以下步骤：
11、首先，将步骤s3-1制备的刀片基体置于双层辉光渗金属炉内，向双层辉光渗金属炉内通入氩气作为保护气，氩气的流量为70 sccm；然后，启动双层辉光渗金属炉，向刀片基体表面渗高熵合金，渗金属时间为180min-360min，完成刀片基体表面双层辉光离子渗金属制备高熵合金过渡层，高熵合金过渡层填充于微型圆台的圆锥盲孔中并完全覆盖圆台阵列；最后，从双层辉光渗金属炉中取出刀片坯料，并对刀片坯料表面进行精抛后备用；
12、s4、机械育种：将粒径为50nm-100nm的金刚石粉末均匀涂抹在刀片坯料的表面上，随后将刀片浸没于金刚石悬浮液中超声处理10 min；
13、s5、碳化处理：首先，将步骤s4机械育种后的刀片坯料放置于微波等离子体化学气相沉积碳化室中，打开机械泵，将碳化室内气压抽至真空状态后通入氢气，氢气流量为400sccm，至碳化室内气压为0.4 kpa时打开微波电源，微波电源的功率为0.6 kw；然后，当微波电源的功率升高至1kw-2.5kw、碳化室内气压达到2kpa-5kpa时，通入体积浓度为1%-3%的甲烷气体进行碳化处理，甲烷的流量为40sccm-120sccm，碳化处理温度为600℃-700℃，碳化处理时间为60min -180min，制得具有金刚石/高熵合金过渡层的马氏体不锈钢刀片。
14、进一步地，在所述步骤s3-2中，高熵合金为mo0.5(tizrtaw)0.5或者zrnbtamo。
15、本专利技术的有益效果在于：
16、1）、本专利技术通过在刀片表面制备圆台阵列，使得高熵合金过渡层与刀片基底之间结合更加牢固，进而通过高熵合金过渡层改善马氏体不锈钢基体与金刚石涂层之间的结合能力；
17、2）、碳化处理过程中，将微波等离子体化学气相沉积的碳化处理温度降低至600℃-700℃，不会改变马氏体钢铁的显微组织结构。
18、综上所述，本专利技术在刀片表面生长的连续金刚石涂层结合力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.金刚石/高熵合金过渡层马氏体不锈钢刀片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金刚石/高熵合金过渡层马氏体不锈钢刀片制备方法，其特征在于：在所述步骤S3-2中，高熵合金为Mo0.5(TiZrTaW)0.5或者ZrNbTaMo。
【技术特征摘要】
1.金刚石/高熵合金过渡层马氏体不锈钢刀片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金刚石/高熵合金...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。