Abstract
Diamond films which have high hardness and thermal conductivity can be used to improve the performance of WC-Co as a cutting tool material. However, it is difficult to get such coatings of good uniformity and adhesiveness due to the surface characteristics of WC-Co. To get better coatings, some techniques, such as the surface treatment of substrate or the formation of interlayer between substrate and diamond film, have been tried. In the present work, the nickel interlayer is formed onto WC-Co by electroless Ni-P plating, which is introduced as a new method, and then diamond film is deposited on the interlayer. Formation and uniformity of three layers, i.e., substrate, electroless plate, and diamond film, and the adhesiveness of interlayers were studied. To investigate the effects of pretreatment on electroless plating, two different methods such as acid treatment and diamond powder treatment were used. The effects of heat treatment of the electroless plated surface on adhesiveness between the substrate and the interlayer were examined. It was found that as the temperature increases, the Ni crystals grow and then result in improved adhesiveness. Diamond film coatings of pure diamond phase were obtained at $800^{\circ}C$. It is concluded that the heat treated electroless Ni-P plating can be effectively used as a interlayer between WC-Co substrate and diamond film.
초경공구(WC-Co)의 성능 향상을 목적으로 고경도, 높은 열전도도의 특성 등을 가진 다이아몬드 막을 코팅하고 있으나 WC-Co 기판표면의 특성상 문제점으로 인하여 코팅의 어려움이 있다. 이 문제의 해결을 위하여 WC-Co기판위에 중간층을 도입한 후 다이아몬드 막을 증착시키는 새로운 방법을 고려하였으며 중간층의 제조에 무전해 Ni-P도금법을 사용하였다. 무전해도금을 위한 WC-Co기판의 전처리, 무전해도금 및 열처리, 다이아몬드 막 증착의 공정에 대하여 조사하였다. 형성되는 계면의 구조와 성분, 계면간의 밀착력 등을 Scratch Tester, Roughness Tester, SEM/EDS, XRD, Raman Spectroscopy를 사용하여 분석하였다. 무전해도금의 전처리로서 산에 의한 방법과 다이아몬드 분말에 의한 방법을 사용하였으며 두 경우에 모두 WC-Co기판의 표면조도의 감소, 표면 Co성분의 감소, 그리고 밀착력 저하가 관찰되었다. 무전해도금층의 열처리시 영향을 조사하였으며 온도 증가에 따라 Ni 결정이 형성되며 이로 인하여 도금의 밀착력이 증가되며 Ni 결정이 성장함을 관찰하였다. 또한 열처리된 Ni-P도금 위에서 다이아몬드막 증착 실험을 실시하였으며 증착온도를 증가시킴에 따라 다이아몬드 형성이 증가되어 $800^{\circ}C$일때 양호한 다이아몬드 막을 얻을 수 있었다. 본 연구의 방법 및 실험조건은 WC-Co를 비롯하여 다이아몬드 막 형성이 어려운 소재들의 코팅에 효과적으로 이용될 수 있다.