本發(fā)明屬于金屬表面涂層處理，具體涉及的是一種金剛石/高熵合金過渡層馬氏體不銹鋼刀片制備方法。

背景技術(shù)：

1、刀具在制造業(yè)的發(fā)展中扮演著非常重要的角色，目前，國內(nèi)的研究人員有使用馬氏體不銹鋼制作刀片，但是這類鋼的耐磨性和強(qiáng)度無法滿足高質(zhì)量刀片切削的需要，且刀片使用壽命較短，制約了馬氏體不銹鋼刀片的發(fā)展。

2、金剛石具有極高的硬度，金剛石刀具廣泛應(yīng)用于切割難加工金屬材料，金剛石涂層改性的削磨工具機(jī)械性能優(yōu)良、工作效率更高、使用壽命更長，具有良好的應(yīng)用前景。但是，刀片的基材是鋼鐵，在金剛石涂層刀具制備過程，鐵、鈷、鎳元素盡管可以促進(jìn)石墨生成，但是不利于金剛石涂層生長，金剛石涂層容易脫落，因此，在鋼鐵基材表面直接制備金剛石涂層以延長其使用壽命并不是行之有效的解決方案。

3、高熵合金是由五種或五種以上金屬元素按等原子比或近等原子比組成的合金，其獨特的高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)使其具有諸多優(yōu)異的性能。中國專利文獻(xiàn)：“一種高熵合金表面碳化物/金剛石涂層及其制備方法”（申請?zhí)枺?02110517748.9）中，公開了高熵合金表面能有效生成金剛石涂層，但其涂層與基底結(jié)合力較差，涂層極易脫落。中國專利文獻(xiàn)：“一種mo基高熵合金及其應(yīng)用”（申請?zhí)枺?02211513271.8）中，公開一種mo基高熵合金生長金剛石涂層的方法，碳化處理時間為30min，該方法所制備的金剛石涂層具備一定的抗腐蝕能力和耐磨性，但是在外力作用下金剛石涂層仍會發(fā)生脫落，無法滿足刀片的應(yīng)用需求。

4、綜上所述，在馬氏體不銹鋼刀片基體表面仍然難以制備結(jié)合力高的連續(xù)金剛石涂層。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，解決金剛石涂層無法直接生長在馬氏體不銹鋼刀片表面的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金剛石/高熵合金過渡層馬氏體不銹鋼刀片制備方法。

2、本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思為：刀片基體的材質(zhì)為馬氏體不銹鋼，首先，在刀片基體表面加工微米尺寸微型圓臺形成的陣列，并在各微型圓臺的頂面（上底面）上制備圓錐盲孔；然后，利用磁控濺射或者雙層輝光離子滲金屬工藝，在刀片基體表面制備高熵合金過渡層，使高熵合金過渡層完全填充圓錐盲孔并覆蓋圓臺陣列；最后，對刀片坯料表面進(jìn)行機(jī)械育種后采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)進(jìn)行碳化處理以及金剛石生長，在刀片表面形成具有硬度高、耐磨性和耐蝕性好的金剛石/高熵合金涂層。

3、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：金剛石/高熵合金過渡層馬氏體不銹鋼刀片制備方法，包括以下步驟：

4、s1、刀片基體預(yù)處理：將馬氏體不銹鋼刀片基體置于氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行退火處理，退火溫度為600℃，保溫時間為2h，然后隨爐冷卻至室溫，取出備用；預(yù)處理工序可以減少刀片基體內(nèi)部的殘余應(yīng)力，進(jìn)而為后續(xù)工序提供優(yōu)良的基體材料，避免涂層材料脫落，延長刀片的使用壽命；

5、s2、刀片基體激光加工：取步驟s1預(yù)處理后的刀片基體，打磨清洗干凈后裝卡在激光加工設(shè)備上，在刀片基體兩側(cè)表面上分別加工圓臺陣列；所述圓臺陣列包含緊密排列的若干微型圓臺，微型圓臺的形狀及尺寸為：微型圓臺上底面直徑為10μm-500μm，微型圓臺下底面直徑為微型圓臺上底面直徑的1.2~3倍，微型圓臺的高度為10μm-300μm，微型圓臺之間的間距等于微型圓臺下底面的直徑；在微型圓臺上底面的心部設(shè)置圓錐盲孔，圓錐盲孔的直徑為5μm-100μm，圓錐盲孔的深度為5μm-200μm；

6、s3、在刀片基體表面制備高熵合金過渡層，包括以下步驟：

7、s3-1、用濃度為0.1?mol/l的hcl溶液對步驟s2激光加工后的刀片基體進(jìn)行酸洗，去除激光加工后刀片基體表面的氧化物，酸洗完成后用酒精溶液對刀片基體進(jìn)行超聲波清洗，超聲波清洗時間為10min；

8、s3-2、根據(jù)圓臺陣列的高度，采用以下方式在刀片基體表面制備高熵合金過渡層：

9、1）、當(dāng)10μm≤圓臺陣列的高度＜50μm時，采用磁控濺射工藝在刀片基體表面制備高熵合金過渡層，包括以下步驟：首先，將步驟s3-1制備的刀片基體作為基材置于磁控濺射室內(nèi)，將高熵合金作為靶材置于磁控濺射室內(nèi)，啟動真空泵抽真空至磁控濺射室內(nèi)的壓強(qiáng)為1.5×10-3?pa；然后，向磁控濺射室內(nèi)通入氬氣作為保護(hù)氣，氬氣的流量為70?sccm，當(dāng)磁控濺射室內(nèi)壓強(qiáng)為0.5pa時，打開磁控濺射電源在刀片基體的單側(cè)面進(jìn)行磁控濺射，磁控濺射電源的功率為150?w，磁控濺射時間為180min-360min，磁控濺射過程中加偏壓，偏壓為-150v，在磁控濺射過程中加偏壓，能夠有效提高刀片和薄膜之間的結(jié)合力，完成刀片基體單側(cè)面磁控濺射制備高熵合金過渡層，高熵合金過渡層填充于微型圓臺的圓錐盲孔中并完全覆蓋圓臺陣列；最后，磁控濺射處理完成后關(guān)閉磁控濺射電源，取出刀片坯料備用；

10、2）、當(dāng)50μm≤圓臺陣列的高度≤300μm時，采用雙層輝光離子滲金屬工藝在刀片基體表面制備高熵合金過渡層，包括以下步驟：

11、首先，將步驟s3-1制備的刀片基體置于雙層輝光滲金屬爐內(nèi)，向雙層輝光滲金屬爐內(nèi)通入氬氣作為保護(hù)氣，氬氣的流量為70?sccm；然后，啟動雙層輝光滲金屬爐，向刀片基體表面滲高熵合金，滲金屬時間為180min-360min，完成刀片基體表面雙層輝光離子滲金屬制備高熵合金過渡層，高熵合金過渡層填充于微型圓臺的圓錐盲孔中并完全覆蓋圓臺陣列；最后，從雙層輝光滲金屬爐中取出刀片坯料，并對刀片坯料表面進(jìn)行精拋后備用；

12、s4、機(jī)械育種：將粒徑為50nm-100nm的金剛石粉末均勻涂抹在刀片坯料的表面上，隨后將刀片浸沒于金剛石懸浮液中超聲處理10?min；

13、s5、碳化處理：首先，將步驟s4機(jī)械育種后的刀片坯料放置于微波等離子體化學(xué)氣相沉積碳化室中，打開機(jī)械泵，將碳化室內(nèi)氣壓抽至真空狀態(tài)后通入氫氣，氫氣流量為400sccm，至碳化室內(nèi)氣壓為0.4?kpa時打開微波電源，微波電源的功率為0.6?kw；然后，當(dāng)微波電源的功率升高至1kw-2.5kw、碳化室內(nèi)氣壓達(dá)到2kpa-5kpa時，通入體積濃度為1%-3%的甲烷氣體進(jìn)行碳化處理，甲烷的流量為40sccm-120sccm，碳化處理溫度為600℃-700℃，碳化處理時間為60min?-180min，制得具有金剛石/高熵合金過渡層的馬氏體不銹鋼刀片。

14、進(jìn)一步地，在所述步驟s3-2中，高熵合金為mo0.5(tizrtaw)0.5或者zrnbtamo。

15、本發(fā)明的有益效果在于：

16、1）、本發(fā)明通過在刀片表面制備圓臺陣列，使得高熵合金過渡層與刀片基底之間結(jié)合更加牢固，進(jìn)而通過高熵合金過渡層改善馬氏體不銹鋼基體與金剛石涂層之間的結(jié)合能力；

17、2）、碳化處理過程中，將微波等離子體化學(xué)氣相沉積的碳化處理溫度降低至600℃-700℃，不會改變馬氏體鋼鐵的顯微組織結(jié)構(gòu)。

18、綜上所述，本發(fā)明在刀片表面生長的連續(xù)金剛石涂層結(jié)合力更強(qiáng)，附著力更加強(qiáng)，所制備刀片的強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性均得到改善，具有更高的工作效率及更長的使用壽命，在刀片表面強(qiáng)硬化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。