硬质合金表面改性生成CNTs增强金刚石膜基结合力研究

将等离子体表面改性技术与纳米材料的奇异特性集成引入金刚石膜/WC-Co硬质合金体系，采用等离子体脱碳(Ar-H2)、渗碳(Ar-H2-CH4)复合处理，在合金表层中依次形成分散的纳米/亚微米孔隙、作为催化剂的纳米Co粒子以底部生长方式在孔隙内生成碳纳米管(CNTs)，实现纳米WC、Co、CNTs复合增强基体表层；然后原位调整等离子体渗碳处理关键参数，在改性的合金基体表面上沉积金刚石膜，基于CNTs端部sp3杂化碳和纳米晶WC的微观结构特点，增强金刚石的形核和膜基结合力，使CNTs成为两端分别联接钴和金刚石的纽带，解决该体系中膜基界面结合力尚差的共性难题。重点研究：1）等离子体脱碳、渗碳复合处理过程中，合金表层内分散的纳米/亚微米孔隙、纳米Co粒子的形成以及催化CNTs生长的机理；2）沉积金刚石膜过程中，CNTs和纳米晶WC促进金刚石形核、增强膜基结合力的界面行为。

1、硬质合金表面等离子体改性（等离子体脱碳、等离子体渗碳）后，表面微观粗糙不平，WC晶粒已纳米细化，孔隙呈椭圆或圆形，在部分孔隙中可见到“纤维状”产物，自孔隙内生长出来；金刚石形核密度达107-108cm-2数量级。.2、硬质合金表面等离子体改性后沉积金刚石膜，金刚石膜的沉积速率达30m/h，纯度和膜-基结合性能均较高。.3、研磨态YG6硬质合金基体经电镀镍（20μm厚）预处理后，在乙醇扩散火焰中可沉积出碳纳米纤维、纳米碳管，石墨化程度较高。.4、研磨态YG6硬质合金基体经稀硝酸浸蚀脱钴-电镀镍（20μm厚）复合预处理后，在乙醇扩散火焰中可沉积出碳纳米管，石墨化程度较高。.5、研磨、化学酸蚀脱钴处理的YG8、YG16硬质合金，经火焰法沉积后表面均沉积出一层连续的、致密的复合碳涂层，涂层与硬质合金基体之间呈锯齿状咬合良好。沉积物外观上明显可见两个区域：中心灰白区和外围黑色区，外围黑色区中无序结构的碳数量相对较多。.6、经5min短时间脱钴处理的YG8硬质合金表面采用火焰沉积后，形成了典型的“菜花状”球形金刚石为主相的致密碳涂层，存在一定数量的石墨碳；经15min较长时间脱钴处理的YG8硬质合金表面的沉积产物是由碳纳米管为主相、共生有金刚石和无序结构的碳复合组成的致密碳涂层；碳涂层呈明显的细柱状晶生长，涂层致密并与硬质合金基体结合良好。