【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制备涂覆有中间层和金刚石层的基材的方法，以及可通过所述方法获得的涂覆有中间层和金刚石层的基材。
技术介绍
1、金刚石涂层工具具有高硬度、良好的耐磨性、低摩擦系数、良好的热导率和低的热膨胀系数，从而具有优异的切削性能。金刚石层的施加通常通过化学气相沉积(cvd)进行。然而，将金刚石层直接施加到某些基材上是困难的，并且所得的金刚石层可能无法很好地粘附在基材上。尤其是将金刚石层沉积到硬质合金上具有挑战性。硬质合金是一种复合材料，包括硬质颗粒和将硬质颗粒粘合在一起的粘结相，粘结相通常包括钴、镍和铁中的任一种。当将金刚石层施加到硬质合金上时，粘结相会对成核和金刚石生长产生负面影响，并会促进非金刚石碳物质的形成，这反过来会降低金刚石层的质量及其与基材的粘附性。
2、本领域已知有几种方法可以改善金刚石层与基材(特别是硬质合金)的粘附性。从根本上讲，粘结相(大多数情况下为钴)必须钝化。一种方法是在施加金刚石层之前通过蚀刻从硬质合金的表面附近区域耗尽粘结相。然而，粘结相的去除会导致脆化和断裂韧性的降低，这很可能导致断裂。根据另一种方法，可以在硬质合金的表面上沉积对硬质合金和金刚石层均具有良好粘附性的中间层。中间层可充当粘结相的扩散屏障，并可补偿基材和金刚石层之间的热应力和/或机械应力差异。
3、de4434428a1公开了一种复合材料，其由基于硬质金属、金属陶瓷、陶瓷或钢的主体组成，中间层和多晶金刚石层施加在该主体上。中间层包括主要以四面体键合的含非晶碳层。
4、在ep2558610b1中，公
5、wo2018/112909a1提供了一种用于在施加金刚石涂层之前对硬质合金进行预处理的方法，其中在蚀刻粘结相之后，用包括底层(金刚石层或立方氮化硼层)、中间层和顶层(四面体非晶碳膜层)的涂层涂覆硬质合金。中间层包括金属过渡层和由金属氮化物、金属碳酸盐或金属硼酸盐制成的芯层。
6、cn114134504a报道了用murakami试剂蚀刻硬质合金工具的碳化钨(wc)晶粒并用酸性溶液(例如硫酸和过氧化氢的混合物)去除粘结相，然后将硬质合金工具浸入硫酸铜和硫酸铬的混合溶液中。硬质合金工具的表面附近区域中的钴被部分替换，并且获得了具有被铜铬层覆盖的钴亚表面层的硬质合金工具。然后可以在开始cvd金刚石生长之前将处理过的硬质合金工具在金刚石粉末悬浮液中成核。
7、us6214247b1涉及一种用于通过蚀刻气体从基材(例如硬质合金、金属陶瓷或氮化物)的表面去除粘结相的一部分以在表面中形成空隙的方法。随后，在这些空隙内沉积包含选自tic、tin、ticn、金刚石、al2o3、tialn、hfn、hfcn、hfc、zrn、zrc、zrcn、cr3c2、crn和crcn组成的组中的材料的涂层，以增加基材(例如金属切削刀片、模具、冲头)的耐磨性。
8、us2003/129456a1关注一种硬质合金，其包括硬相组分，该组分包括碳化钨和至少一种选自元素周期表中第4a、5a和6a族金属的碳化物、氮化物和碳氮化物的材料。硬质合金可以涂覆这样的层，该层包含金属碳化物、金属氮化物、金属碳氮化物、tialn、tizrn、类金刚石碳(dlc)、金刚石和al2o3中的至少一种，其中金属选自元素周期表中的第4a、5a和6a族。
9、ep0503822a2涉及一种硬质材料(例如硬质合金)，中间层通过例如cvd、pvd或溅射施加在其上。中间层由能够容易引起成核的材料构成，例如含氮化硅、碳化硅或al2o3的材料。然后使涂覆在硬质材料上的中间层的表面变粗糙，例如通过刮擦或蚀刻。这在随后的涂覆步骤中增加了成核，以施加金刚石和/或类金刚石碳涂层。
10、us2013/164557a1公开了一种在pvd工艺中涂覆有中间层的基材。中间层具有由超过50at％的w和/或cr组成的金属部分。在pvd工艺之前，基材可以进行喷砂处理(例如，通过使用硬质材料颗粒进行喷砂)以增加其粗糙度。在pvd工艺之后，可以使所施加的中间层进行粗糙化，并使用磨料和/或金刚石颗粒对其进行成核预处理。随后通过cvd施加金刚石层。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供涂覆有中间层和金刚石层的基材，其中，当施加金刚石层时，中间层显著减少了基材中存在的原子和/或离子通过中间层扩散。
2、根据权利要求，该目的通过(i)用于制备涂覆有中间层和金刚石层的基材的方法，以及(ii)能够通过所述方法获得的涂覆有中间层和金刚石层的基材来解决。
3、本专利技术涉及一种用于制备涂覆有中间层和金刚石层的基材的方法，包括以下步骤：
4、(a)用蚀刻剂使所述基材的表面粗糙化，
5、(b)在所述基材的粗糙化的表面上涂覆中间层，
6、(c)使所述中间层的表面成核，以及(e)通过化学气相沉积(cvd)工艺在所述中间层的成核的表面上涂覆金刚石层，
7、其中，所述中间层包括氧化铝(al2o3)和/或alcrxn，其中al为铝，cr为铬，x为准金属，优选为硅(si)或硼(b)，n为氮。
8、本专利技术中使用的基材可选自金属，例如铁、钼、钨及其合金(例如碳化钨)、硬质合金、钢(例如不锈钢、高速钢)、氮化硅或它们的混合物。可以使用各种工具作为基材，例如切削工具(刀片、柄工具)、冲压工具、刀具、磨损部件(如模具或模子)等。因此，进一步公开了使用涂覆有中间层和金刚石层的基材作为工具。
9、本专利技术发现，使用包含al2o3和/或alcrxn(特别是al2o3、alcrsin、alcrbn或其混合物)的中间层，提供了有效的屏障，以防止在cvd工艺中施加金刚石层期间存在于基材中的原子和/或离子(特别是硬质合金的粘结相)通过中间层扩散，否则可能会对成核和金刚石生长产生负面影响。这反过来可能会阻碍sp3杂化碳的形成，反而会促进非金刚石碳物质的形成，这将显著降低金刚石层的质量。
10、在根据本专利技术的优选实施例中，基材是硬质合金(也称为碳化物)。中间层为硬质合金中存在的粘结相提供了极好的扩散屏障，否则粘结相可能会对界面处的金刚石生长产生不利影响，从而导致粘结力弱。在本专利技术中，可以在中间层上沉积高质量的金刚石层，而与作为基材的硬质合金的等级无关。特别优选地，在本专利技术中使用包含碳化钨作为硬质相和钴作为粘结相的硬质合金作为基材。硬质合金基材中可以包含各种量的钴，例如3至12wt％。首先，碳化钨具有高硬度，其次，它表现出极好的蚀刻响应(特别是当使用murakami试剂作为蚀刻剂时)，使得碳化钨的表面可以很好地为进一步处理做准备。
11、优选地，中间层由alcrsin、alcrbn或al2o本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制备涂覆有中间层和金刚石层的基材的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材为硬质合金。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述中间层由AlCrSiN、AlCrBN或Al2O3组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，Al2O3为非晶态。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述基材的表面采用Murakami试剂蚀刻。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用Murakami试剂和酸，通过两步蚀刻工艺蚀刻所述基材的表面，所述酸优选为硝酸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在20℃至40℃的温度下蚀刻所述基材的表面，其中，采用Murakami试剂蚀刻30秒至5分钟，采用硝酸蚀刻30秒至5分钟。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，通过电弧物理气相沉积(PVD)在所述基材的表面上涂覆由AlCrXN组成的中间层。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述CVD工艺中，通过热激活和冲击激发的组合激活包含氢气的工艺气体。
11.一种能够通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法获得的涂覆有中间层和金刚石层的基材。
12.根据权利要求11所述的基材，其特征在于，所述中间层的平均厚度在1μm至5μm的范围内，并且所述中间层由AlCrSiN或AlCrBN组成。
13.根据权利要求11所述的基材，其特征在于，所述中间层的平均厚度在0.1μm至0.6μm的范围内，并且所述中间层由氧化铝(Al2O3)组成。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的基材，其特征在于，所述中间层中存在的所述基材的粘结相的面积分数相对于所述中间层的总面积低于15％，如根据说明书通过能量色散X射线光谱(EDX)分析从被涂覆的基材的横截面确定的。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的基材，其特征在于，所述中间层的成核表面具有在0.1μm至2μm范围内的粗糙度Rz，如根据说明书确定的。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于制备涂覆有中间层和金刚石层的基材的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材为硬质合金。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述中间层由alcrsin、alcrbn或al2o3组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，al2o3为非晶态。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述基材的表面采用murakami试剂蚀刻。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用murakami试剂和酸，通过两步蚀刻工艺蚀刻所述基材的表面，所述酸优选为硝酸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在20℃至40℃的温度下蚀刻所述基材的表面，其中，采用murakami试剂蚀刻30秒至5分钟，采用硝酸蚀刻30秒至5分钟。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，通过电弧物理气相沉积(pvd)在所述基材的表面上涂覆由alcrxn组成的中间层。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，通过等离子体增强原子层...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·施泰恩米勒奈斯尔，D·施泰恩米勒，
申请(专利权)人：卡本康普腾斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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