一种制备硬质合金粉末表面金刚石涂层材料的方法

摘要

本发明涉及陶瓷刀具材料制备技术领域，尤其是一种在电泳槽内采用电泳方法制备硬质合金粉末表面金刚石涂层材料的方法。制备金刚石材料涂层的材料组分质量配比为wt.％：粒度为15μm的碳化钨WC粉末，60‑85％、粒度为1μm的金刚石C粉末10‑30％、六水氯化MgCl2·6H2O5‑10％。按涂层材料配方比例称取硬质合金粉末、金刚石粉末和氯化镁，加入无水乙醇介质中配置电泳液，超声分散加机械搅拌20min，电泳仪对阳极、阴极分别通电，采用恒压法进行电泳，时间为3min，再进行2min的搅拌分散，电泳五次后放入真空干燥箱120℃干燥2小时。将粉末过120目筛，便得到包裹金刚石涂层的硬质合金粉末。本发明提高了硬质合金粉末的硬度及刀具材料的切削性能，延长了刀具的使用寿命，节约了自然资源。

说明书

一、技术领域

本发明涉及陶瓷刀具材料制备技术领域，尤其是一种制备硬质合金粉末表面金刚石涂层材 料的方法。

二、发明背景

金刚石刀具由于具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨 胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点，可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、 复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。

目前的金刚石涂层刀具的制备技术，通常是在块状基体上涂层金刚石，基体材料多采用 块状硬质合金，现有的技术主要采用PVD、CVD、电泳沉积等涂层方法，如热丝CVD、火焰燃 烧法、等离子体化学沉积法。这些技术都是在块状硬质合金基体表面生成金刚石薄膜。此方 法制备的金刚石涂层刀具面临一个严重的问题是金刚石涂层的易剥落，导致金刚石刀具的寿 命难以预测。涂层剥落，金刚石涂层刀具便失效，无法继续使用，而失效的金刚石涂层刀具 也无法进行重磨或者重涂层，回收困难，资源浪费严重。

金刚石刀具的涂层方法发展迅速，但急需解决涂层剥落金刚石涂层刀具便失效的问题和 金刚石涂层刀具寿命无法预测的问题，尚未有良好的解决方法。

三、发明内容

本发明的目的是克服现有技术在制备金刚石涂层刀具中存在的缺陷，提供一种制备硬质 金粉末表面金刚石涂层材料的方法。

本发明的基本构思是，在电泳槽内采用电泳方法制备金刚石涂层，阴极设置在电泳槽下 方，利用硬质合金粉末密度大的特性，沉降在底部的阴极表面，阴极表面与硬质合金粉末接 触使硬质合金粉末带负电，阳极设置在电泳槽的上方，阴极和阳极的电极间距为30mm，使用 DYY-6C电泳仪对阴极和阳极分别进行通电；电泳液中的金刚石在电场的作用下在硬质合金粉 末表面沉积涂层。

其技术方案为，制备金刚石材料涂层的材料组分质量配比为wt.％：粒度为15μm的碳化 钨WC粉末60-89％、粒度为1μm的金刚石C粉末8-30％、六水氯化镁MgCl₂·6H₂O2-10％；

制备方法的工艺步骤如下：

(1)电泳液配制：按涂层材料配方要求的粒度及比例称取硬质合金WC粉末、金刚石C粉 末和六水氯化镁MgCl₂·6H₂O，加入无水乙醇介质中配制成70g/L>

(2)电泳沉积：将阳极在电泳槽进行固定，电泳仪对阳极、阴极分别通电，采用恒压法对 电泳液进行电泳，电泳工艺参数为极间电压为60V、每次电泳时间为3min，然后停止电泳并 进行2min的搅拌分散，再进行下一次的电泳，反复电泳五次，目的是使WC粉末表面涂层均 匀；

(3)干燥和过筛：将电泳结束的电泳液进行干燥和过筛，将电泳液放入真空干燥箱以120℃ 温度干燥2小时，将干燥好的块状粉末过120目筛，便得到包裹金刚石涂层的硬质合金粉末。

本发明由于WC粉末密度大，当电泳液稳定时，WC粉末大量聚集在底部附近，阴极电泳效 果更好的特点，电泳槽材质选取绝缘的聚四氟乙烯，阴极和阳极采用314不锈钢材料。

本发明的有益技术效果：

1、涂层技术可以对硬质合金粉末表面性能进行改性，使粉末在保持硬质合金的特性基础 上兼具金刚石的特性，提高了硬质合金粉末的硬度等。

2、本发明制备的表面涂有金刚石涂层的硬质合金粉末，用于制备金刚石涂层刀具，提高 了刀具材料的切削性能，延长了刀具的使用寿命，节约了自然资源。

四、附图说明

图1为本发明电泳槽结构示意图主视图的剖视图；

图2为本发明WC粉末扫描电镜照片；

图3、图4、图5、图6为本发明实施例1制备的硬质合金粉末表面涂层金刚石的粉末涂 层形貌扫描电镜照片；

图7为本发明涂层粉末能谱分析区域；

图8为本发明涂层粉末的能谱图；

图9为本发明实施例2制备的硬质合金粉末表面涂层金刚石的粉末涂层形貌扫描电镜照 片。

附图标记：1、阳极接线柱 2、阳极固定架 3、阳极 4、电解槽 5、阴极接线柱 6、 阴极。

五、具体实施方式

结合附图详细描述本发明的具体实施方式：

如图1所示本发明是在电泳槽内采用电泳方法制备金刚石涂层，电泳槽材质选取绝缘的 聚四氟乙烯，阴极和阳极采用314不锈钢材料制备。阴极设置在电泳槽下方，利用硬质合金 粉末密度大的特性，沉降在底部的阴极表面，阴极表面与硬质合金粉末接触使硬质合金粉末 带负电，阳极设置在电泳槽的上方，阴极和阳极的电极间距为30mm，使用DYY-6C电泳仪对 阴极和阳极分别进行通电。电泳液中的金刚石在电场的作用下在硬质合金粉末表面沉积涂层。

实施例1：

本实施例选用粒度15μm的硬质合金WC粉末，粒度为1μm的金刚石C粉末；质量配比取碳化钨WC粉末82.3％；金刚石C粉末11.8％；六水氯化镁MgCl₂·6H₂O5.9％。按照选取的质量配比称取28g碳化钨WC粉末，4g金刚石C粉末，2g六水氯化镁MgCl₂·6H₂O。实施中需保>

(1)电泳液配制：如附图1所示在电泳槽进行实施，首先将按配比配合好的硬质合金粉 末、金刚石C粉末和六水氯化镁MgCl₂·6H₂O，在电泳槽中混和，加入400mL的无水乙醇配>

(2)电泳沉积：本发明采用的是阴极沉积法和电源恒压法，开始电泳沉积工艺，电泳工 艺参数为极间电压为60V，电泳沉积3min，然后对电泳液进行超声搅拌和机械搅拌2min， 再进行电泳沉积3min，对电泳液进行超声搅拌和机械搅拌2min，如此重复五次，目的是使电 泳液中硬质合金基体WC粉末涂层均匀；

(3)干燥过筛：电泳工艺结束后，将得到的涂覆金刚石涂层的硬质合金粉末放入真空干 燥箱在120℃下干燥2小时，然后过120目筛，便得到包裹金刚石涂层的硬质合金粉末。

对得到的包裹金刚石涂层的硬质合金粉末进行表征，如附图2所示，是未涂层的原始WC 粉末的SEM形貌图，作为参照组与涂层金刚石C后的WC粉末进行对比。如附图3、附图4、附图5所示，为本实施例制备的表面包覆金刚石C涂层的WC粉末SEM形貌图，可以观察到涂层包覆完整、均匀。如附图6所示，为金刚石C涂层硬质合金的WC粉末局部SEM形貌图，可 以观察到通过电泳的方法，金刚石C粉末成功沉积在基体硬质合金WC粉末表面。对实验得到的包裹金刚石涂层的硬质合金粉末进行能谱分析，在如附图7所示对黑色区域内进行能谱分 析，得到附图8所示的能谱图，发现金刚石涂层内部W元素的存在，证实金刚石粉末包覆的 为WC粉末，而非自身团聚。

实施例2：

本实施例选用粒度15μm的硬质合金WC粉末，粒度为1μm的金刚石C粉末；质量配比取碳化钨WC粉末86.5％；金刚石C粉末10.8％；六水氯化镁MgCl₂·6H₂O2.7％。按照选取的质量配比称取32g碳化钨WC粉末，4g金刚石C粉末，1g六水氯化镁MgCl₂·6H₂O。

(1)电泳液配制：本实施例使用如附图1所示的电泳槽进行实施，首先将按配比配合好 的硬质合金WC粉末、金刚石C粉末和氯化镁MgCl₂·6H₂O，在电泳槽中混和，加入400mL的>

(2)电泳沉积：将阳极在电泳槽进行固定，电泳仪对阳极、阴极分别通电，采用恒压法 对电泳液进行电泳，电泳工艺参数为极间电压为60V、每次电泳时间为3min，然后停止电泳 并进行2min的搅拌分散，再进行下一次的电泳，反复电泳五次，目的是使WC粉末表面涂层 均匀；

(3)干燥和过筛：将电泳结束的电泳液进行干燥和过筛，将电泳液放入真空干燥箱以120℃ 温度干燥2小时，将干燥好的块状粉末过120目筛，便得到包裹金刚石涂层的硬质合金粉末。

如附图9所示，为本实施例制备的表面包覆金刚石C涂层的WC粉末SEM形貌图，可以观 察到硬质合金粉末表面有涂层包覆。通过电泳的方法，金刚石C粉末成功沉积在基体WC粉末 表面。