金刚石涂层用硬质合金基体表面预处理？（3）

金刚石涂层用硬质合金基体表面预处理？（3）

2.3　基体表面机械处理或热处理
2.3.1基体表面机械处理
基体表面机械预处理除了常用的微粉抛光外,文献[ 21 ]介绍了一种新颖的水冲击硬质合金表面的机械预处理方法, 其工艺参数: 水压力为50M Pa;水冲击时间为40 s; 喷嘴至表面距离为45mm; 喷嘴直径为115 mm; 喷嘴角度为20°。采用这种工艺, 可以使K10 硬质合金基体表面中的Co 含量降低50% ,从而改善金刚石涂层与基体的粘结效果。不过该方法只适合于低Co 硬质合金的表面预处理。
2.3.2　基体表面热处理
基体表面热处理的研究有不少报道, 下面分别简单介绍有关激光热处理、等离子碳氮共渗、用H2等离子原位脱碳、惰性气体中加热等方面的研究。
美国的Dong Gu lee[15 ]研究了用激光热处理WC26%Co 基体表面的过程。研究采用的工艺为: K= 248nm; S= 25 n s; 激光能量= 117 Jö cm 2～ 716 Jö cm 2。用激光处理改变基体, 在界面上创造三维热和成分梯度, 是改善金刚石涂层与基体粘结效果的有效方法之一。研究结果表明, 随着激光能量增加, 基体表面的表面粗糙度增加, 致使金刚石涂层的表面粗糙度也增加, 结果改善了金刚石涂层与基体的粘结效果。
日本东京大学的Takayasu Sato 等。研究了用碳氮共渗等离子预处理硬质合金(WC21%TaC25%Co ) 基体的过程, 研究采用的工艺如下: 等离子枪功率为4MHz, 5 kW～ 10 kW; 气体压力和流速为45Pa, 100 sccm; 气体成分为N 2∶C2H2= 100∶0～ 90∶10; 基体温度为450℃～ 900℃; 处理时间为60m in
XRD 分析表明, 预处理之后, 基体表面有Co2N和WC 相存在, 未发现WC 的分解反应和独立的W相存在。Co2N 的形成, 有效地防止了Co 的影响。预处理温度为600 ℃, C2H2 的浓度为5% 时, 效果最佳。SEM 分析表明, 预处理前后, 表面的表面粗糙度变化不大。传统浸蚀Co 相的方法, 除Co 不彻底, 会产生非金刚石物, 如非晶碳。由于不需用化学法浸蚀除Co, 故基体的机械强度不会降低。Cappelli 等研究了浸蚀除去Co 相之后, 在氢气中用等离子对基体表面进行原位脱碳处理, 发现沉积时, 基体表面重新碳化, 形成细碳化物, 从而使生长的金刚石晶体更加稳定。脱碳对基体表面Co 含量有很大影响, 从而影响硬质合金的质量。对于高碳(C> 6121% ) 硬质合金来说, 原位脱碳后, 表面C含量低于内部, 故内部的液相多于表面, 造成液相向表面流动, 结果基体表面的Co 含量增高。这说明,硬质合金原位脱碳处理对金刚石沉积的影响, 还有待于进一步考查。
在惰性气氛中, 对基体进行热处理, 由于高温蒸发, 可以除去基体表面的Co 相, 并使WC 长大, 导致基体表面的表面粗糙增加。这样制得的金刚石涂层(30 Lm 厚度) 试样, 涂层与基体的粘结性得到了改善, 在加工亚共晶A l 合金时, 其性能与PCD (20 Lm厚度) 的相当。
H2 等离子原位脱碳与惰性气体中加热这两种方法要求严格控制工艺, 以达到对表面层深度和成分控制, 而且这两种方法的热处理工艺很接近, 加热温度为800 ℃～ 1 000 ℃, 保温时间为30 m in～ 3 h。
3　结束语
硬质合金基体中的Co 是影响金刚石涂层与基体粘结性的关键因素, 采用适当的表面预处理, 可以从根本上有效地消除或减弱Co 的负面影响, 改善金刚石涂层与硬质合金基体的粘结性。浸蚀表面预处理,是一种简单、低廉、且适合于批量生产的方法。制备各种中间过渡层或中间化合物的表面预处理, 可以消除浸蚀法产生的界面孔隙的影响, 但如何消除中间过渡层对金刚石形核率的影响, 仍值得进一步深入研究。表面机械或热处理, 对工艺的要求十分严格, 用于批量生产, 需要增加设备投资。3 种表面预处理方法各有千秋, 由于各研究对象基体性能的差别, 以及采用的涂层工艺和方法的不同, 很难评价哪一种方法最佳。可以肯定的是, 目前国外批量生产已采用的是浸蚀法。国内有关这方面的研究报道不多,深入系统地开展浸蚀法的研究, 对我国金刚石涂层硬质合金产品的开发, 具有深远的意义。

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