高性能CVD金刚石薄膜涂层刀具的制备和试验研究

采用电子增强热丝EACVD法,以WC-Co硬质合金刀具为衬底制备金刚石涂层刀具,研究了提高涂层附着力的衬底预处理新方法,探讨了抑制Co催石墨化作用的有效措施,提出了改善金刚石薄膜表面粗糙度CVD后处理新工艺。研究结果表明,采用了Ar-H2微波等离子体刻蚀脱碳预处理方法对于提高金刚石薄膜涂层的附着力有明显效果,添加适量粘结促进剂,可有效地抑制CVD沉积过程中钴向表层扩散引起的催石墨化作用。采用分步沉积新工艺是减小金刚石薄膜表面粗糙度的有效方法。所制备的高附着力和低粗糙度的金刚石薄膜涂层刀具切削性能明显改善,对实现高效高精度切削加工具有十分重要的意义。     

纳米金刚石薄膜的制备与应用

采用偏压辅助增强热丝化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD),以WC-Co硬质合金为衬底,采用控制沉积参数和添加惰性气体Ar等CVD新工艺,制备性能优良的纳米金刚石薄膜.进一步采用扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和高分辨率透射电镜(High-resolution transmission electron microscopy,HR-TEM)分析了薄膜的纳米效应.研究结果表明:纳米涂层仍然是以金刚石结构为主的多晶体,它晶体颗粒较小(20～80 nm),含有较多的晶界和sp2结构,涂层表面粗糙度Ra≤50 nm,表面平整光滑,有利于研磨抛光.在此基础上,提出纳米金刚石复合涂层制备新技术,开发研制出各种涂层拉拔模具,在实际生产线上进行了应用,取得了显著的效果.     

硬质合金刀具基体沉积低表面粗糙度金刚石薄膜的工艺研究

CVD金刚石薄膜刀具的表面粗糙度是影响刀具切削性能的重要参数。为通过改进CVD沉积工艺减小金刚石薄膜表面粗糙度 ,提出了适当提高碳源浓度和合理控制沉积气压两项新的工艺方法 ,并通过切削试验研究了其对金刚石薄膜刀具耐用度及切削性能的影响     

硬质合金表面化学镀Ni-P-金刚石粉沉积金刚石膜的研究

利用直流等离子射流装置在以化学镀Ni-P-金刚石粉为过渡层的硬质合金上沉积金刚石薄膜。采用SEM、EDS和X射线衍射仪(XRD)初步探讨了金刚石薄膜的表面形貌和物相组成。结果表明硬质合金刀片表面化学镀Ni-P后沉积金刚石薄膜,金刚石成核密度小、晶形差,难以得到结晶质量良好的金刚石膜。而在硬质合金刀片表面化学镀Ni-P-金刚石粉后沉积金刚石薄膜,成核密度比较高,晶形多为(100),但结合力较差。     

金刚石薄膜与 WC-Co 硬质合金的附着性研究

以甲烷和氢气为气源，用热丝ＣＶＤ法，在ＷＣ－６％Ｃｏ的硬质合金基体上沉积金刚石薄膜。研究了基体表面经抛光、腐蚀、脱碳及镀中间层等不同的预处理对金刚石薄膜与基体的附着性的影响。试验结果表明：基体表面经抛光、腐蚀再经脱碳或镀ＴｉＮ中间层，可改善和提高附着性，金刚石薄膜的形核率和沉积速率有所降低；基体表面只经抛光、腐蚀预处理，金刚石薄膜的形核率和沉积速率较高，结晶性好，但附着性较差；采用分段沉积，可以提高金刚石薄膜的附着性。     

金刚石薄膜与WC—Co硬质合金的随着性研究

以甲烷和氢气为气源，用热丝ＣＶＤ法，在ＷＣ－６％Ｃｏ的硬质合金基体上沉积金刚石薄膜。研究了基体表面经抛光、腐蚀、脱碳及镀中间层等不同的预处理对金刚石薄膜与基体的随着性的影响。试验结果表明：基体表面经抛光、腐蚀再经脱碳或镀ＴｉＮ中间层，可改善和提高随着性，金刚石薄膜的形核率沉积速率有所降低；基体表面只经抛光、腐蚀预处理，金刚石薄膜的形核率和沉积速率较高，结晶性好，但随着性较差；采用分段沉积，可以提高     

基体表面粗糙度对金刚石薄膜涂层刀具附着强度的影响

应用扫描电镜和断续车削实验法研究了基体表面粗糙度对金刚石薄膜成核密度、成核状态及金刚石薄膜涂层刀具附着强度的影响,指出合理设计刀具基体表面粗糙度可提高金刚石薄膜涂层刀具附着强度。     

硬质合金上采用Cu和Cu/Ti过渡层沉积金刚石薄膜的形核分析

采用Cu和Cu/Ti作过渡层研究了硬质合金基底上金刚石薄膜的形核生长。Cu/Ti作过渡层明显的提高了金刚石在硬质合金基底上的形核密度。用扫描电子显微镜和激光Raman谱研究了金刚石薄膜的形核形貌和质量 ,并对形核差异的原因作了初步的探讨。     

金刚石涂层用硬质合金基体表面预处理新技术

研究了二步法浸蚀YG15硬质合金基体表面预处理的过程，并在浸蚀过的硬质合金基体上，用热丝法沉积了金刚石薄膜。结果表明，二步浸蚀法可在基体表面深度为6～12um的范围内，使Co含量从15%降低到0.85%～5.42%，并使硬质合金基体的表面粗糙度增加到Ra=1.0um，但会导致硬质合金基体表面的硬度从HRA85.5降低至HRA83.3；在该硬质合金基体沉积金刚石薄膜之后，发现样品的金刚石薄膜组织结构具有{110}和{111}面混合取向，金刚石涂层与硬质合金基体具有较高的粘结强度。     

复杂形状金刚石薄膜涂层刀具的制备与试验研究

为了提高金刚石薄膜与衬底附着力,以整体式硬质合金麻花钻为例,对刀具衬底的预处理技术和ＣＶＤ涂层技术进行了研究;以碳化硅颗粒增强铝基复合材料的加工为例,对复杂形状金刚石薄膜涂层刀具的制备及应用技术提出了合理建议。     

Cr过渡层沉积粘附型CVD金刚石膜的机理研究

研究了电沉积层作为过渡层沉积CVD金刚石膜的工艺，在硬质合金的Cr电沉积层上用热丝法沉积出CVD金刚石膜。利用SEM分析了电沉积层的形貌，利用EPMA分析了H等离子处理后电沉积层的断面，利用SEM和Raman分析了金刚石膜的表面形貌、成分，利用XRD分析了过渡层和CVD金刚石膜的结合面．利用压痕法研究了金刚石薄膜与基体的结合力。结果表明，H等离子处理使得硬质合全与Cr镀层成为冶金结合，提高了电沉积层的结合强度；在Cr过渡层与金刚石膜之间形成的Cr3C2和Cr7C3等碳化物有利于金刚石的成核和膜基结合强度的提高。     

铝过渡层沉积CVD金刚石涂层的研究

使用Murakami溶液和王水预处理高钴硬质合金刀片,并用直流磁控溅射(DCS)技术在此硬质合金上溅射铝过渡层,在热丝化学气相沉积(HFCVD)设备里沉积金刚石薄膜;分析了金刚石形核机理,并利用SEM以及Raman等方法表征试样。结果表明:与未溅射过渡层的样品相比,在过渡层上的金刚石形核密度更高,金刚石颗粒尺寸更加细小。     

基于划痕法制备的微织构硬质合金摩擦磨损试验研究

采用尖端球半径10μm、锥角120°的金刚石压头在硬质合金(YG6)表面制备了划痕宽度为10~50μm的微织构,并采用球盘式摩擦磨损试验方法进行了微织构化硬质合金的摩擦磨损试验,对摩擦磨损试验过程的摩擦力与摩擦因数进行了在线测量,并用超景深电子显微镜与扫描电镜对微织构形貌与摩擦磨损形貌进行了显微观察。试验结果表明,采用金刚石压头划痕法制备硬质合金微织构是可行的,并且硬质合金微织构有助于降低摩擦因数,当织构方向与摩擦磨损运动方向垂直时,微织构对硬质合金摩擦磨损特性的改善效果最好。     

基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削研究

利用模压成型技术和真空钎焊技术制备出了磨粒把持力大、力学性能优良的多层钎焊金刚石砂轮;采用在线电解修整技术促使磨钝的磨粒及时脱落,使砂轮在磨削过程中始终保持锋利性;并开展了基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削试验。试验结果表明：在相同磨削条件下,多层钎焊砂轮在线电解修整磨削力较无修整时的磨削力下降了33.7%～57.9%;多层钎焊砂轮在线电解修整磨削技术能有效提高加工表面质量。当进给速度为30 mm/s,磨削深度为15 μm时,无电解磨削加工表面粗糙度为0.35 μm,而在线电解修整磨削表面粗糙度仅为82.1 nm;多层钎焊砂轮在线电解修整磨削残余应力仅为无电解磨削时的38.2%～49.5%。且在线电解修整磨削表面完整性较好,没有出现表面/亚表面裂纹等相关缺陷,可实现超细晶硬质合金等难加工材料的高效精密加工。     

金刚石砂轮加工整体硬质合金刀具的磨削参数选择

磨削参数会影响磨削质量、砂轮的使用寿命以及加工效率,本文阐述了磨削整体硬质合金刀具所用的砂轮类型,列举了在磨削中常见的问题并分析了问题产生的原因及在磨削参数方面应采取的措施。介绍了一种快速确定合适的磨削参数的方法,该方法用于将磨削参数经验数据扩展至新规格刀具的加工中。     

陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金的表面粗糙度研究

本文结合单因素实验和正交实验,研究了从低速到高速磨削条件下,砂轮速度、进给速度、磨削深度、最大未变形磨削厚度以及磨削方式(顺磨或逆磨)对陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响规律,分析了影响超细晶粒硬质合金表面加工质量的原因。研究表明,总体来说磨削参数的变化对超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响程度不大。高速磨削时的表面粗糙度相比低速磨削得到了比较明显改善。逆磨时的粗糙度比顺磨大,随砂轮速度增加下降更快。相比传统硬质合金,磨削WC颗粒更细、强度更高的超细晶粒硬质合金的表面粗糙度更低。磨削参数对表面粗糙度的影响程度从小到大依次是磨削深度、砂轮速度和进给速度,实际加工时为同时获得较高的磨除率和表面质量,宜采用高砂轮速度、低进给和大切深的磨削组合。     

硬质合金刀具刃口钝化方式对比试验研究

通过硬质合金刀具刃口钝化方式的试验研究,从钝化效率、钝化质量（刃口的均匀性）两个方面分析对比三种钝化方式（手工钝化、刀具在研磨粉中钝化、电解机械复合方式钝化）。从综合钝化效率以及钝化质量来看,钝化直线型刃VI的刀具采用电解机械复合方式钝化较好,解决了目前刃口钝化存在的均匀性不好的问题,对实际生产具有指导意义。     

影响CVD金刚石涂层硬质合金界面结合强度的因素及其改善方法

化学气相沉积法制备金刚石涂层硬质合金刀具综合了金刚石与硬质合金的优异性能,被广泛应用于切削难加工材料.金刚石与基体界面结合强度是评价金刚石涂层的一个主要性能指标.本文主要介绍了影响CVD金刚石涂层刀具界面结合强度的主要因素,并对如何提高其界面结合强度的方法进行了较深入的探讨,这对解决刀具基体与金刚石涂层之间的界面结合强度问题具有一定的实际意义.