專利名稱：激光消蝕硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層金屬鈷粘結(jié)相的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層有關(guān)，特別是一種利用激光脈沖對(duì)硬質(zhì)合金表面進(jìn)行選擇性消蝕金屬鈷粘結(jié)相的方法，為后續(xù)在硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層提供一個(gè)結(jié)合良好的過(guò)渡層。
背景技術(shù)：
目前，在硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層(例如金剛石薄膜等)以制造超硬復(fù)合硬質(zhì)合金時(shí)，往往會(huì)遇到涂層同硬質(zhì)合金的結(jié)合度不高的問(wèn)題，從而導(dǎo)致超硬復(fù)合硬質(zhì)合金無(wú)法在實(shí)際生產(chǎn)中使用。主要問(wèn)題在于硬質(zhì)合金是用粉末冶金的方法制造的，在合金中通常含有作為硬質(zhì)合金粘結(jié)相的金屬鈷，而金屬鈷對(duì)制備超硬涂層過(guò)程中硬質(zhì)相晶粒的生長(zhǎng)是十分有害的，它會(huì)抑制硬質(zhì)相晶粒的生長(zhǎng)而同時(shí)促進(jìn)非硬質(zhì)相晶粒的發(fā)展，因此通常稱之為鈷中毒現(xiàn)象。過(guò)去，去除鈷粘結(jié)相的方法主要采用化學(xué)腐蝕的方法，該方法的缺點(diǎn)在于工藝過(guò)程復(fù)雜，腐蝕過(guò)程不易控制，腐蝕完成后必須經(jīng)過(guò)清洗操作，徹底清除腐蝕劑并烘干后才能進(jìn)行后續(xù)超硬涂層的制備，而且容易產(chǎn)生污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種簡(jiǎn)便實(shí)用的激光消蝕硬質(zhì)合金表面金屬鈷粘結(jié)相的方法，為后續(xù)向該硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層提供一個(gè)結(jié)合良好的過(guò)渡層。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是，根據(jù)硬質(zhì)合金中碳化物和金屬鈷激光消蝕速率的不同，利用脈沖激光選擇性的消蝕硬質(zhì)合金表面的鈷粘結(jié)相，而保留碳化物硬質(zhì)相晶粒，以達(dá)到選擇性去除粘結(jié)相金屬鈷的目的。
本發(fā)明激光消蝕硬質(zhì)合金表面金屬鈷粘結(jié)相的方法的具體步驟如下①調(diào)整脈沖激光器(1)輸出脈沖激光，單脈沖能量大于100mJ，脈沖寬度小于100ns；②脈沖激光束經(jīng)同光路連續(xù)自動(dòng)可調(diào)衰減器(2)調(diào)節(jié)激光能量大小，經(jīng)分束片(3)、反射鏡(5)、聚焦透鏡(6)組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)投射到硬質(zhì)合金(7)表面，產(chǎn)生選擇性激光表面消蝕；③在脈沖激光束照射硬質(zhì)合金(7)表面的同時(shí)，在合金表面的照射區(qū)域通過(guò)噴管(8)引入保護(hù)氣體，吹除所產(chǎn)生的消蝕產(chǎn)物。
所說(shuō)的硬質(zhì)合金是指鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金，或者鈦鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金，或者含碳化鉭TaC的鈦鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于方法簡(jiǎn)單，實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線操作，由于使用脈沖激光器而不會(huì)在硬質(zhì)合金表面產(chǎn)生熱效應(yīng)及其引起的晶粒粗化現(xiàn)象，不會(huì)產(chǎn)生任何污染，簡(jiǎn)單控制激光器的能量輸出，即可實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)硬質(zhì)合金表面的鈷粘結(jié)相有選擇性地去除。


圖1是本發(fā)明所使用的系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所用的裝置如圖1所示，包括脈沖激光器1、同光路連續(xù)自動(dòng)可調(diào)衰減器2(專利號(hào)2282205)、激光分束鏡3、激光能量計(jì)4(型號(hào)PT-1A)、反射鏡5(45°反射率為95％，中心波長(zhǎng)308nm)、聚焦透鏡6(石英透鏡，焦距150mm)、硬質(zhì)合金7、噴嘴8、外接氣瓶9。其主要步驟包括脈沖激光器1發(fā)出的脈沖激光束，經(jīng)過(guò)同光路連續(xù)自動(dòng)可調(diào)衰減器2調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)哪芰浚患す夥质R3使入射脈沖激光束分成透射光束B(niǎo)1與反射光束B(niǎo)2，反射光束B(niǎo)2由激光能量計(jì)4(型號(hào)PT-1A)接收，作為實(shí)時(shí)激光能量監(jiān)測(cè)；透射光束B(niǎo)1由激光分束鏡3、反射鏡5、聚焦透鏡6組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)照射在硬質(zhì)合金7表面，產(chǎn)生表面消蝕，同時(shí)在照射區(qū)域由噴嘴8引入輔助氣流以清除表面的消蝕產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)激光的脈沖數(shù)和能量密度的控制，達(dá)到對(duì)硬質(zhì)合金表面選擇性去除粘結(jié)相金屬的目的。經(jīng)過(guò)這種方法的處理，硬質(zhì)合金表面形成一層厚度極薄的由硬質(zhì)相晶粒占主體同時(shí)含有少量粘結(jié)相金屬的特殊結(jié)構(gòu)，為后續(xù)在硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層提供結(jié)合良好的過(guò)渡層。
透射到表面的激光脈沖能量密度可以通過(guò)同光路連續(xù)自動(dòng)可調(diào)衰減器2來(lái)調(diào)節(jié)，最佳的能量密度隨硬質(zhì)合金材料的不同而有所不同，在1～2J/cm2變化。
所說(shuō)的脈沖激光器是指單脈沖能量大于100mJ、脈沖寬度小于100ns的脈沖激光器。
下面是一個(gè)具體實(shí)施例。脈沖激光器1為XeCl準(zhǔn)分子激光器(型號(hào)SY-200)，波長(zhǎng)為308nm，激光單脈沖能量為210mJ，脈沖寬度為30ns；激光能量由同光路連續(xù)自動(dòng)可調(diào)衰減器2控制，可實(shí)現(xiàn)能量衰減率在15％～99％之間連續(xù)可調(diào)；激光分束鏡3使透射光束B(niǎo)1與反射光束B(niǎo)2的能量比為B1∶B2＝9∶1，反射光束B(niǎo)2由激光能量計(jì)4(型號(hào)PT-1A)接收，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光束能量；透射光束B(niǎo)1經(jīng)反射鏡5(45°反射率為95％，中心波長(zhǎng)308nm)反射向下，經(jīng)聚焦透鏡6(石英透鏡，焦距150mm)匯聚，照射在硬質(zhì)合金7表面，聚焦透鏡6與硬質(zhì)合金7表面之間距離為145mm；硬質(zhì)合金7表面處的激光焦斑尺寸為4mm×2.5mm，硬質(zhì)合金7表面的激光能量密度為1.8J/cm2；噴嘴8為Φ6mm的銅管，噴嘴8距離硬質(zhì)合金7表面聚焦點(diǎn)垂直5mm、水平5mm，噴嘴8對(duì)準(zhǔn)硬質(zhì)合金7表面聚焦點(diǎn)，噴嘴8由外接氣瓶9通入氮?dú)?純度99.99％)，標(biāo)準(zhǔn)流速每分鐘20升；脈沖激光器1重復(fù)頻率5Hz，工作40秒，停止脈沖激光器1工作，在聚焦處的硬質(zhì)合金7表面即形成一層厚度極薄的由硬質(zhì)相碳化物晶粒占主體同時(shí)含有少量粘結(jié)相金屬鈷的特殊結(jié)構(gòu)，為后續(xù)在硬質(zhì)合金7表面涂覆超硬涂層提供了結(jié)合良好的過(guò)渡層。
權(quán)利要求
1.一種激光消蝕在硬質(zhì)合金表面金屬鈷粘結(jié)相的方法，其特點(diǎn)在于利用適當(dāng)能量的脈沖激光照射在硬質(zhì)合金表面上，選擇性地消蝕金屬鈷粘結(jié)相，并用輔助噴嘴引入保護(hù)氣體吹除其產(chǎn)生的消蝕產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在硬質(zhì)合金表面激光消蝕金屬鈷粘結(jié)相的方法，其具體步驟如下①調(diào)整脈沖激光器(1)輸出脈沖激光，單脈沖能量大于100mJ，脈沖寬度小于100ns；②脈沖激光束經(jīng)同光路連續(xù)自動(dòng)可調(diào)衰減器(2)調(diào)節(jié)激光能量大小，經(jīng)分束片(3)、反射鏡(5)、聚焦透鏡(6)組成的光學(xué)傳輸系統(tǒng)投射到硬質(zhì)合金(7)表面，產(chǎn)生選擇性激光表面消蝕；③在脈沖激光束照射硬質(zhì)合金(7)表面的同時(shí)，在合金表面的照射區(qū)域通過(guò)噴管(8)引入保護(hù)氣體，吹除所產(chǎn)生的消蝕產(chǎn)物。
全文摘要
一種激光消蝕硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層金屬鈷粘結(jié)相的方法，它的目的主要在于選擇性地去除硬質(zhì)合金表面地粘結(jié)相金屬，同時(shí)保留表面硬質(zhì)相碳化物晶粒。這種方法主要包括利用適當(dāng)能量地脈沖激光經(jīng)過(guò)光學(xué)傳輸系統(tǒng)照射在硬質(zhì)合金表面，根據(jù)硬質(zhì)合金中碳化物和粘結(jié)相金屬激光消蝕速率的不同產(chǎn)生選擇性表面消融，同時(shí)在照射區(qū)域引入輔助氣體以清除表面的消蝕產(chǎn)物。經(jīng)過(guò)這種方法的處理，硬質(zhì)合金表面形成一層厚度極薄的由硬質(zhì)相碳化物晶粒占主體，同時(shí)含有微量粘結(jié)相金屬的特殊結(jié)構(gòu)，為后續(xù)在硬質(zhì)合金表面涂覆超硬涂層提供結(jié)合良好的過(guò)渡層。
文檔編號(hào)B23K26/36GK1546273SQ20031010897
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者樓祺洪, 李鐵軍, 董景星, 魏運(yùn)榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所