本发明涉及金属涂层，具体而言，涉及一种镍基金刚石复合涂层及其制备方法和应用。
背景技术：
1、高氮钢具有强度高，韧性好，工艺性能好和耐蚀性好等优异性能，通过使用氮元素代替镍元素，令该钢种具有良好的经济性与生物相容性，目前广泛应用于电力、船舶、海洋工程、军事设备和医疗器械等领域。在石油钻探领域，由于高氮钢的优异性能，已成为制备石油钻头的关键材料。但钻头在开采石油的过程中，由于要破碎障碍物及井口坚硬岩石，易形成表面磨损、破裂等情况，在其表面制备涂层是提高其服役性能的有效方法。其中镍基涂层是一种以金属镍为基体，复合其它合金元素及硬质颗粒相的表面改性涂层，由于镍基涂层具有高温强度高、抗氧化腐蚀能力强等优点，已在汽车制造、航空航天、石油化工等领域取得了广泛的应用。金刚石具有高热导率、高耐磨与高硬度等特点，是一种良好的调控涂层的增强相。
2、目前以增强相调控镍基涂层性能的研究仍是涂层领域的一大热点，如公告号为cn116752135a的中国专利申请公开了一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，又如申请号为cn202211281648.1的中国专利公开了一种含碳化铬包覆碳化钛的镍基复合涂层及其制备方法。金刚石作为一种良好的调控涂层的增强相，在涂层领域具有重大潜力，可显著提高涂层表面硬度与耐磨性，进而改善涂层性能，但钎焊涂层领域并没有金刚石作为增强相调控镍基涂层性能的相关专利。
3、现有关于在高氮钢表面通过钎焊制备镍基金刚石复合涂层的研究鲜有涉及。基于此，亟需开发相关高氮钢用镍基金刚石复合涂层及其制备方法来完善相关领域的研究。
4、有鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的第一目的在于提供一种镍基金刚石复合涂层，该复合涂层硬度高、耐磨性好，具有良好的力学性能，可用于高氮钢表面以提高其硬度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性，用以解决高氮钢工具在使用过程中易磨损和皲裂的技术问题。
2、本发明的第二目的在于提供一种如上所述的镍基金刚石复合涂层的制备方法，该方法操作简单，易于实现，适用于批量化生产；且制备的涂层金刚石分布均匀，涂层表面致密，无明显裂纹，与基体结合良好。
3、本发明的第三目的在于提供一种如上所述的镍基金刚石复合涂层在高氮钢表面上的应用，尤其是在高氮无磁钢石油钻头表面的应用。
4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
5、一种镍基金刚石复合涂层，按质量百分比计，包括以下组分：
6、ni 30.5％～32％、ti 13％～14％、cu 13％～14％、cr 5％～6％、zr 9％～11％、金刚石18％～21％、余量为tiv合金。
7、优选地，按质量百分比计，所述tiv合金包括15％～25％的ti和75％～85％的v。
8、优选地，所述金刚石的粒度为50目～150目。
9、优选地，所述镍基金刚石复合涂层中钎料成分的设计方法包括以下步骤：
10、(1)选取ni-ti共晶点为ti39ni61,对应相关相为niti；
11、(2)查取niti相的结构信息，以ti原子占位为心，解析其最近邻壳层原子，获取高堆密度团簇结构为[ti-ti4ni7]；
12、(3)选取[ti-ti4ni7]ni为基础团簇式，根据相似元素替换原则，以cu、cr原子取代部分ni原子，以zr、v原子取代部分ti原子，得到所述镍基金刚石复合涂层的钎料成分表达式。
13、一种如上所述的镍基金刚石复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
14、s1：按照所述镍基金刚石复合涂层的元素组成称取所需原料；
15、s2：将步骤s1中称量的原料通过机械方法混合，得到混合粉末；
16、s3：将含有所述混合粉末和粘结剂的膏状物涂覆到经表面预处理后的基体上，并将装配好的基体与膏状物放入真空钎焊炉中进行加热，冷却后即得。
17、优选地，步骤s2中，所述机械方法包括球磨，所述球磨在惰性气氛下进行，所述球磨的球粉比为6～10：1，所述球磨的转速为60～100rpm，所述球磨的时间为5～10h。
18、优选地，所述粘结剂包括无水乙醇和/或三氯乙烯。
19、优选地，所述基体包括高氮钢。
20、优选地，所述膏状物的涂覆厚度为0.5～2mm。
21、优选地，步骤s3中，所述加热的工艺包括：以10～25℃/min的升温速率升温到600-800℃，保温10-20min，再以10～25℃/min的升温速率升温到钎焊温度，保温10～25min。
22、优选地，步骤s3中，所述冷却的工艺包括：以10～25℃/min的速率将炉内温度降至100-300℃，然后随炉冷却至室温。
23、优选地，步骤s3中，所述基体的表面预处理方法包括砂纸打磨、金刚石研磨膏抛光、超声清洗和干燥。
24、优选地，所述砂纸的型号包括400#、800#、1400#中的一种或多种。
25、优选地，所述金刚石研磨膏的规格包括w1.5和/或w0.5。
26、优选地，所述超声清洗在丙酮和/或无水乙醇中进行，所述超声清洗的功率是400～1000w，所述超声清洗的时间为5～10min。
27、如上所述的镍基金刚石复合涂层在高氮钢表面上的应用。
28、优选地，在高氮无磁钢石油钻头表面制备所述镍基金刚石复合涂层，用以提高钻头的服役寿命。
29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
30、(1)本发明以金刚石作为镍基涂层的增强相，通过在镍基钎料中掺杂金刚石硬质相调控涂层性能。与传统镍基涂层相比，由于金刚石固有的高硬度、高热导率、高化学稳定性与良好的生物兼容性等特点，使得镍基金刚石复合涂层硬度较高，耐磨性较好，具有优良的力学性能。
31、(2)本发明镍基金刚石复合涂层中镍基钎料成分的设计理念来自“团簇+原子连接”结构模型，钎料中zr与ti彼此之间能够无限固溶，对ti有固溶强化作用；cu可以提高涂层的强度和韧性；v、zr与cr都是强碳化物形成元素，能与金刚石中的碳原子发生反应，增强镍基涂层与金刚石的结合强度；v能提高涂层的耐磨性与韧性。
32、(3)本发明提供的镍基金刚石复合涂层能够用于高氮钢表面，用以提高其硬度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性，进而提高高氮钢工具的使用寿命；尤其是用于石油钻头表面，可以提高石油钻头的服役寿命，降低钻井成本；并且，镍基金刚石复合涂层具有较低的摩擦系数，可减少石油钻头与地层的摩檫力，进而提高钻头的钻井速率，同时摩擦系数低还能减少磨损。
1.一种镍基金刚石复合涂层，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的镍基金刚石复合涂层，其特征在于，包含以下特征(1)至(2)中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的镍基金刚石复合涂层，其特征在于，所述镍基金刚石复合涂层中钎料成分的设计方法包括以下步骤：
4.权利要求1～3任一项所述的镍基金刚石复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的镍基金刚石复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述机械方法包括球磨，所述球磨在惰性气氛下进行，所述球磨的球粉比为6～10：1，所述球磨的转速为60～100rpm，所述球磨的时间为5～10h。
6.根据权利要求4所述的镍基金刚石复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤s3中，包含以下特征(1)至(5)中的至少一种：
7.根据权利要求4所述的镍基金刚石复合涂层的制备方法，其特征在于，所述基体的表面预处理方法包括砂纸打磨、金刚石研磨膏抛光、超声清洗和干燥。
8.根据权利要求7所述的镍基金刚石复合涂层的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：
9.权利要求1～3任一项所述的镍基金刚石复合涂层在高氮钢表面上的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在高氮无磁钢石油钻头表面制备所述镍基金刚石复合涂层，用以提高钻头的服役寿命。
