CVD金剛石塗層硬質合金刀具預處理技術——酸液浸蝕

針對CVD塗層硬質合金所存在的幾個技術性問題，相關研究人員和學者也逐步研發出了幾個對於硬質合金刀具基體的預處理方法，從而改善CVD金剛石塗層與硬質合金基體間的結合力或附著力。主要包括酸液浸蝕去鈷Co、等離子體蝕刻去除鈷Co、施加多種不同的過渡層以及機械或化學熱處理等幾個大方向。本文著重介紹酸液浸蝕法。

簡單來說，酸液浸蝕就是使用一些無機酸（如鹽酸HCl、硝酸HNO₃、硫酸H₂SO₄、氫氟酸HF、磷酸H₃PO₄）去除表面的金屬氧化物的過程。這也是目前去除硬質合金表面鈷Co最常用的方法。將硬質合金放入含有腐蝕性酸液中進行浸蝕，使表面層的鈷與酸液發生化學反應，形成穩定的化合物，從而去除表面層所含的鈷Co。由於鈷去除後，碳化鎢WC基體表面留下缺陷，這也將減少表面的位壘，使得碳原子在缺陷處聚集形成碳原子團，隨著原子團的粒徑增加，其中的金剛石相不斷增多，使之最終形成金剛石核，使金剛石薄膜與硬質合金之間得到改善。

目前酸液侵蝕法主要包括一步侵蝕法和兩步侵蝕法。其中一步侵蝕法雖然所沉積的金剛石薄膜與基體具有較好的附著力，但是由於碳化鎢不易被酸浸蝕，從而阻礙了酸對深層的鈷的侵蝕。而兩步侵蝕法所沉積的金剛石晶型較好，與基體的結合強度也較高。雖然兩步浸蝕法能夠有效地增加金剛石的形核密度和改善金剛石膜與基體的附著力，但同時也存在者一些缺陷，一是對疏鬆結構的控制（疏鬆結構是由於鈷在高溫高壓下向硬質合金基體表面的貧鈷區發生了擴散，表面貧鈷區會逐漸縮小直至消失，較強石墨化的Co粘結相會抑制金剛石晶粒的形核與生長，並在基體表面出現大量的非金剛石相的形核及生長，從而最終影響金剛石膜的沉積品質。）；二是兩步法並不適合於小尺寸工具的製造（其對斷裂強度有不利影響）。