高压下人造金刚石的渗硼实验研究

本文叙述了机械静压法,在高压高温条件下,人造金刚石渗硼的实验条件及其结果,介绍了人造金刚石渗硼的新工艺,并讨论和分析了影响人造金刚石渗硼效果及其性质的原因,还指出了提高渗硼金刚石质量的方法。     

渗硼对灰铸铁耐磨性的影响

采用商用LSB-Ⅱ型固体粉末渗硼剂对可用作可淬硬凸轮轴的合金灰铸铁进行渗硼处理。渗硼温度分别为850℃、900℃和950℃,保温时间分别为2、4、6和8h。采用Olympus光学显微镜和X射线衍射分析渗硼层厚度和渗层组织。用M200型块环式磨损试验机（淬火加低温回火GCr15钢圆环作为对磨副）研究渗硼和未渗硼（但是进行了淬火和低温回火）合金灰铸铁试样的耐磨性并用S-450型电子探针观察磨损形貌。结果表明,渗硼合金灰铸铁比淬火加低温回火合金灰铸铁的耐磨性更高。     

WC-6%Co硬质合金渗硼技术研究

采用粉末冶金工艺制备WC-6%Co硬质合金,在一定温度下进行表面渗硼,渗硼介质为含有BN、B_4C、Al_2O_3等按一定比例配比的混合粉末,得到一定厚度的渗硼层。研究渗硼后合金组织与主要物理力学性能的变化,探讨了渗硼时间对渗硼厚度和硬度的影响,结果表明:渗硼后合金表层出现含硼组织,中心部位晶粒略有长大。渗硼后合金密度基本不变,钴磁和矫顽磁力降低,合金表面硬度明显提高,未渗硼部位的抗弯强度与原基体的基本相同。渗硼时间在30~60 min期间,随着渗硼时间延长,硬质合金的渗硼越深,表层硬度快速增加,中心硬度比较稳定;渗硼时间超过60 min后,随着时间延长,渗硼厚度增加不明显,表层硬度变化不大,中心硬度略有下降。     

真空渗硼预处理在CVD金刚石-硬质合金涂层工具中的应用

采用固体粉末真空渗硼工艺，研究了硬质合金工具表面真空渗硼预处理对金刚石涂层附着力的影响，研究结果表明，硬质合金工具通过固定粉末真空渗硼处理，表面生成具有较高稳定性的以CoWB、CoB为主的渗层，经过长时间的金刚石涂层后，硬质合金工具表面出现Co3B和W2Co21B6相，没有单质Co相出现，克服了金刚石沉积中硬质合金表面钴的不利影响，使标志金刚石涂层附着力的压痕测试的临界载荷达到了1500N，并且有着较好的重现性。     

GH3535合金的表面改性

GH3535镍基合金的硬度仅为200HV左右,不能达到超高温熔盐液下轴承要求的400HV以上的硬度。为此,对GH3535合金进行了不同的表面改性处理,包括渗硼、喷丸预变形后渗硼和氮-硼复合渗。试验结果表明:960℃和980℃渗硼的GH3535合金的表面硬度约700HV0.1,渗层深度为0.10~0.12mm;预变形后渗硼的GH3535合金的表面硬度稍低于单一渗硼的合金,约为650HV0.1,但渗层深度比单一渗硼的合金增加了约0.02mm;氮-硼复合渗GH3535合金的表面硬度与单一渗硼的合金相当,约为700HV0.1,渗层深度达0.16mm。     

硬质合金表面渗硼处理对CVD金刚石涂层形成的影响

采用渗硼工艺对ＹＧ６硬质合金表面进行预处理,探讨了渗硼预处理对硬质合金金刚石薄膜涂层形成的影响。研究结果表明,渗硼时Ｃｏ在硬质合金表面同Ｂ形成ＣｏＢ、Ｃｏ２Ｂ化合物层。该硼化物层在金刚石沉积过程中,能有效阻挡硬质合金中粘结相Ｃｏ向表面扩散,消除了Ｃｏ对金刚石薄膜涂层形成时的不利影响,改善了薄膜涂层质量,提高了附着力。     

表面纳米化预处理对Ti-6Al-4V合金渗硼的影响

研究了表面纳米化预处理对Ti-6Al-4V合金渗硼的影响。采用表面机械研磨处理(SMAT)在Ti-6Al-4V合金表面预先制备出一层纳米晶层,随后采用粉末渗硼法对纳米晶样品进行渗硼处理,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和微观硬度测试仪等对渗硼层的相组成、结构形貌、显微硬度和韧性进行了表征与测试。结果表明:表面纳米化预处理可以显著增强Ti-6Al-4V合金低温渗硼动力学,降低渗硼温度。与未处理的高温渗硼样品相比,纳米化预处理样品低温渗硼层硬度和耐磨性略有下降,但仍满足工业应用要求。渗层脆性级别评定表明表面纳米化预处理可以有效降低渗硼层的脆性。     

硬质合金气态渗硼预处理及其对金刚石薄膜附着性能的影响

目的保持硬质合金预处理后基体的强度和表面光洁度,并且提升沉积的金刚石薄膜的膜基结合力。方法使用真空管式炉设备对硬质合金进行真空热处理气态渗硼,然后使用热丝化学气相沉积系统(HFCVD)沉积金刚石薄膜。之后采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、拉曼光谱仪、表面轮廓仪和洛氏压痕测试仪等对样品的结构、形貌和膜基结合性能进行了分析。结果使用真空热处理气态渗硼法可以在较短时间内完成硬质合金的硼化处理,得到以Co WB相为主的渗硼层,并且具有高温稳定性,表面硬度较未硼化处理的样品提高了15%～20%,最高硬度达到2445HV。相较于酸碱刻蚀二步法预处理,渗硼处理更加有效地改善了膜基结合力,当渗硼温度在1000℃时,可以更加有效抑制基体中的Co颗粒向外扩散,制备的金刚石薄膜质量最优,薄膜和基体的结合性能也更加优异。结论采用真空管式炉进行的热处理气态渗硼预处理法可以简单高效地实现对硬质合金的硼化处理,重复性好,并且可大批量处理,处理后沉积的金刚石薄膜有良好的膜基结合力。     

预处理工艺对硬质合金上沉积金刚石膜的影响

比较了酸浸与渗硼预处理对硬质合金上没积金刚石膜的影响。研究结果表明：渗硼预处理比酸浸预处理对提高金刚石膜的质量和结合力更为有利。     

钢的成份对渗硼效果的影响

一、序言现已证明,几乎所有工业用钢和铸铁都可渗硼。但是,不同牌号钢铁的渗硼效果却有很大差异。这和不同的钢中所含合金元素不同有关。因此,研究合金元素对渗硼性能的影响很有实际意义。了解合金元素对渗硼效果的影响,既有助于根据具体工作条件选择渗硼钢种,并根据不同钢种正确选择渗硼     

铜基预钎焊金刚石锯片的界面分析及其性能研究

采用Cu-Sn-Ti钎料利用氩气保护高频感应钎焊对金刚石磨粒进行预钎焊处理。采用热压烧结工艺制作常规金刚石锯片、镀钛金刚石锯片和磨粒预钎焊金刚石锯片,并进行对比切割实验。通过三点抗弯实验测试上述三种节块的强度,并使用扫描电镜分析预钎焊金刚石磨粒界面和锯片节块断口的微观组织结构。结果表明:预钎焊金刚石磨料界面处存在元素的扩散现象并形成化学结合,且Cu-Sn-Ti钎料对金刚石磨粒的热损伤小;预钎焊金刚石节块的抗弯强度高于镀钛金刚石节块和常规金刚石节块;钎焊金刚石锯片刀头中金刚石与胎体之间同样存在元素的扩散现象,胎体与金刚石磨粒形成化学冶金结合;相同加工条件下,预钎焊金刚石锯片的切削效率相比于镀钛金刚石锯片和常规金刚石锯片分别提高7%和18%。     

金刚石压入岩石全过程研究

为了探究金刚石与岩石之间的相互作用过程和现象，在微机控制的电子万能试验机WDW-100上，进行金刚石全过程压入岩石表面的试验研究，通过其试验力-变形曲线总结出金刚石压入岩石后的破碎规律。试验结果表明:金刚石在压入较硬岩石时，宜选择小粒径的金刚石；而在压入较软岩石时，宜选用大粒径的金刚石。金刚石压入试验可为其钻头优化设计提供参考。      

以锐角比率为测度的金刚石分布均匀性定量评价

金刚石在胎体中的分布形态对于金刚石工具的性能有着重要的影响。为了定量评价金刚石在胎体中的分布格局,本文在对金刚石钻头表面进行数字图像分析的基础上,采用锐角比率作为指标,对3个钻头中金刚石分布的均匀性进行了计算;并把它的计算结果与角度平均值法、最近距离法的结果进行了比较。实验结果表明：锐角比率法、角度平均值法和最近距离法都能反映各钻头的金刚石分布均匀程度的差异,但锐角比率法有一定的分类能力,区分度最好;角度平均值法和最近距离法都难以对金刚石分布格局进行准确分类。     

The microanalysis of the bonding condition between coated diamond and matrix

Ti, Mo, and Cu were plated on the diamond surface by magnetron sputtering method. The compression strength of Ti-coated diamond was measured; the structure of the diamond surface after vacuum heat treatment was analyzed by XPS. By the SEM analysis and the bending stress testing experiments, the authors researched the interface bonding condition of the coated diamond. The research revealed that the coatings on the diamond surface can protect the diamond well, and they also avoided or decreased the erosion of the diamond by matrix. The bonding strength between the diamond and the matrix was improved after plated Ti and Mo, but it was greatly influenced by the matrix composition and the hot-pressing technics. The plated metal and diamond could form local chemical union at the hot-pressing temperature of 830–840 °C.     

高品级工业金刚石的亚稳区合成

本文以SPD6×1200型六面顶压机为金刚石的合成设备,采用升压至成核压力,成核后再降压到金刚石的亚稳区的特殊工艺进行金刚石的合成。在高温高压条件下合成出了晶体形貌完好的优质金刚石单晶。sEM结果表明：与传统工艺合成的金刚石相比较,亚稳区内合成的金刚石晶体的缺陷明显变少,表面平滑度增强。还将亚稳区内合成的金刚石与传统工艺合成的金刚石的粒度值进行了比较,在相同生长时间下,亚稳区内合成的金刚石粒度明显小于传统工艺合成的金刚石,即亚稳区内金刚石的生长速度变慢。最后,本文还对特殊工艺与传统工艺下金刚石生长的区别机理进行了分析讨论。     

Ni-P金刚石化学复合镀层制备及摩擦磨损性能分析

目的研究不同粒径微米金刚石对Ni-P金刚石化学复合镀层摩擦磨损性能的影响。方法选择出一组优良的Ni-P化学镀工艺参数,在镀液中分别加入不同粒径的金刚石微粒,制备含不同粒径微米级金刚石颗粒的化学复合镀层。用SEM和XRD,观察并分析了不同粒径金刚石对热处理前后Ni-P金刚石化学复合镀层微观形貌和组织结构的影响;通过硬度和摩擦磨损实验,研究了不同粒径金刚石颗粒对复合镀层硬度及摩擦磨损性能的影响。结果制备的复合镀层厚度为30μm左右,金刚石质量分数达到21%~25%,且金刚石均匀分散在Ni-P镀层中。热处理前镀层为非晶结构,经过400℃×2 h的热处理后,镀层晶化为硬度更高的Ni3P。金刚石能提高镀层硬度,其中粒径为9μm的复合镀层硬度最高,达到1261HV。Ni-P金刚石复合镀层的摩擦系数为0.4~0.52,随着金刚石粒径的增大,摩擦系数不断减小。金刚石使镀层的磨损机制发生了变化,随着金刚石粒径的增大,硬质合金球的磨损加剧。结论随着金刚石粒径的增大,镀层硬度增加,摩擦系数减小,耐磨性增大。     

镀膜对金刚石与结合剂之间结合性能的影响

采用磁控溅射的方法在金刚石表面镀覆Ti,Mo,Cu和TiN。测定了镀Ti金刚石的单粒抗压强度。用XPS分析了真空热处理后的金刚石表面结构,利用抗弯强度试验及扫描电镜分析。研究了镀膜金刚石在Co基结合剂中的界面结合状态。结果表明：金刚石镀膜后能够提高其单粒抗压.基840℃的热压条件下,镀层金属与金刚石能够在局部生成碳化物而形成化学结合,但对结合强度的提高还没有起着主导作用。镀Mo金刚石能够被Co基结合剂很好地浸润,因而结合强度有较大的提高。     

金刚石有序排列锯片制备及切割性能研究

介绍了金刚石有序排列在锯片中的应用和实现锯片中金刚石有序排列的方法。采用两种常规锯片和一种有序排列锯片切割钢筋混凝土,通过实验可知:同等条件(同胎体、同金刚石品级和浓度)下,有序排列金刚石锯片较常规锯片切割速度提高23.6%,使用寿命提高31.5%;不仅如此,有序排列锯片与同胎体、金刚石浓度高5%的常规锯片相比切割速度仍能提高18.8%,寿命提高21.9%;金刚石有序排列锯片在节省金刚石用量、减少锯片成本的基础上,仍能提高锯片的效率和寿命,体现了有序排列金刚石锯片的优越性。     

氧化环境对金属化金刚石热稳定性能的影响

采用化学气液相处理（CVLT）技术在SMD35金刚石表面制备Cr、Ni等金属膜,经X－射线衍射分析,金刚石表面生成了Cr3C2碳化物,实现了金刚石与镀层金属的化学键结合;对经CVLT技术金属化的金刚石和未镀膜金刚石进行了高温下表面形貌观察、组织结构、热失重和抗压强度测试分析,结果表明：经1000℃高温加热后,表面金属化金刚石比未镀膜金刚石失重率低近1／4,抗压强度提高约1／3。     

钛、氮离子注入改善人造金刚石性能的试验研究

金刚石固有的缺陷，如裂纹和磁性包裹体的存在降低了其力学性能和热稳定性，也使金刚石工具的使用性能降低。本文利用离子束注入技术，对金刚石表面同时注入钛、氮离子来改善人造金刚石的性能进行了试验研究。测量了经离子注入处理的金刚石的抗压强度和热稳定性，以及孕镶金刚石复合材料的抗弯强度和磨耗比。试验结果表明：钛、氮离子注入后，填补了金刚石晶体表面的缺陷，从而提高了金刚石的抗压强度和热稳定性，其抗压强度提高了6～34％，热失重率降低了20％。此外，和离子注入前相比，用离子注入后的金刚石烧结的复合材料的抗弯强度和磨耗比也有了较大幅度的提高。