CVD金刚石涂层硬质合金刀具预处理技术——等离子蚀刻

等离子体蚀刻（plasma etching）可应用于大部分基材，对于其他一些复杂的几何结构体还可以通过等离子体清洗、等离子体活化、等离子体镀膜等处理方法。等离子体蚀刻法运用于CVD金刚石涂层硬质合金刀具时，主要是其可以兼具除钴Co和脱碳C两个方面。其原理是利用氢气（H₂）、氧气-氢气（O₂-H₂）、H₂O-H₂、一氧化碳-氢气（CO-H₂）、氩气-氢气（Ar-H₂）等气体中的H、O、Ar原子或离子以及CO等与硬质合金基体中的碳化钨（WC）和粘结相钴（Co）发生反应从而生成易挥发的二氧化碳CO₂、甲烷CH₄（气态）、Co（CO）₄、Co（OH）₄等化合物或钴的氢氧化物，使得硬质合金表层形成一定厚度的纯钨层，之后在金刚石沉积的初期该层被再次碳化，产生化学键并形成新的碳化钨WC颗粒。

这样一来，在金刚石沉积的前期，CVD金刚石涂层与硬质合金刀具基体间形成了碳化钨WC中间过渡层。其不但可以有效地减少薄膜中所存在的残余应力，而且又能在一定程度上阻挡金刚石生长过程中基体深层的钴向表面重扩散，并且使金刚石晶体嵌入到WC晶界之中，从而使金刚石薄膜和硬质合金基体间的接触面积得到提高，产生“钉扎效应”，有效地提高了膜层与膜层间，膜层与基体间的附着力。等离子蚀刻是干法蚀刻中最为常见的一种形式，其原理是暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电力气体和释放高能电子组成的气体，从而形成了等离子或离子，电力气体原子通过电场加速时，会释放足够的力量与表面驱逐力仅仅粘合材料或蚀刻表面。此外，等离子体蚀刻还可细分为反应性等离子体（RIE）、顺流等离子体（Downstream）、直接等离子体（Direct plasma）。

有相关研究人员利用不同的等离子体蚀刻硬质合金基体，都能沉积得到具备较好附着力的金刚石薄膜。但是还有另一种观点认为，虽然单纯的氢等离子体脱碳处理能够在一定程度上增强金刚石膜层的附着力，但是其也存在一些不可避免的问题。其一是在碳化钨WC脱碳的同时，钴Co在真空中蒸发而留下一定数量的孔洞，这就使得硬质合金基体硬度下降，从而影响了刀具的切削加工；而另一方面，这种处理并能完全消除钴的有害影响。这是由于钴Co作为粘结相可以很好地润湿碳化钨WC基体表面，在金刚石膜生长过程中，硬质合金刀具表层因钴Co的蒸发而产生孔洞，中心部位的钴就会通过润湿表层碳化钨晶粒的侧面，进而扩散到金刚石膜/硬质合金基体界面。