冲击合成金刚石的纳米级多晶结构

冲击合成的金刚石微粉中存在一种晶粒沿一定方向排列的纳米级织构组织。织构晶粒的尺寸厚度为５～１０ｎｍ，长度２０～５０ｎｍ。这种织构通常是立方和六方金刚石的共生晶体。     

织构对硼掺杂金刚石涂层刀具摩擦学性能的影响

利用激光技术在硬质合金刀具上分别制备椭圆织构和沟槽织构。同时,利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在刀具上分别制备硼掺杂无织构金刚石(Boron doped un-texture diamond film,BDUTD film)薄膜、硼掺杂椭圆织构金刚石(Boron doped elliptical textured diamond film,BDETD film)薄膜以及硼掺杂沟槽织构金刚石(Boron doped groove textured diamond film,BDGTD film)薄膜,通过摩擦磨损试验机,对不同织构形状的薄膜进行摩擦试验研究。另外,采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和能谱分析(EDX)对表面形貌、成分及残余物质进行分析。试验结果表明,BDUTD薄膜表现出最大平均摩擦因数,其值为0.13。BDETD以及BDGTD薄膜的平均摩擦因数分别为0.124和0.123。从磨损形貌来看,BDUTD薄膜及BDGTD薄膜对偶件的磨损直径分别为1.506 mm和1.254 mm。BDUTD薄膜的磨损表面黏附有少量团簇状的磨屑,且有破裂的金刚石晶粒出现。BDGTD薄膜的表面织构沟槽中有少量磨屑,金刚石晶粒几乎没有出现磨损。     

刀具基体表面织构化对硼掺杂金刚石薄膜性能的影响

目的分析硼掺杂织构金刚石薄膜的微观组织结构和表面质量,并探究刀具基体表面不同织构对薄膜结合强度和切削性能的影响。方法通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法,分别在表面有椭圆织构、沟槽织构和无织构的硬质合金刀具上制备硼掺杂金刚石薄膜(BDD)。运用扫描电镜(SEM)观察各薄膜表面及横截面形貌;使用白光干涉表面三维轮廓仪观测各薄膜表面粗糙度;通过拉曼光谱仪检测各薄膜组织结构;通过铣削试验分析各薄膜刀具的切削性能。结果经测试,硼掺杂无织构金刚石薄膜(Boron doped un-textured diamond film,BDUTD film)的粗糙度为299.9 nm,硼掺杂椭圆织构金刚石薄膜(Boron doped elliptical texture diamond film,BDETD film)及硼掺杂沟槽织构金刚石薄膜(Boron doped groove texture diamond film,BDGTD film)的粗糙度分别为333、323.9nm,粗糙度略有增加。三种金刚石薄膜的厚度均为18μm,在相同切削条件下,经过铣削碳/碳-碳化硅(C/C-Si C)复合材料420 s后,BDUTD薄膜的剥落程度及其刀具磨损程度明显大于BDETD薄膜和BDGTD薄膜。结论硬质合金刀具基体表面织构化能够有效提高薄膜的结合强度,从而提高刀具的耐磨性。其中硼掺杂沟槽织构金刚石薄膜的切削性能相对更好,与普通硼掺杂金刚石薄膜刀具相比,硼掺杂织构金刚石薄膜刀具具有更长的使用寿命。     

纳米晶Sm2Fe17片的制备及低温渗氮

采用油胺作为表面活性剂,将Sm2Fe17微米粉进行表面活性剂辅助高能球磨(HEBM)4 h后,获得厚100 ～ 180 nm,长2～13 μm的纳米片,该纳米片具有织构,晶粒尺寸约8 nm.在300～ 350℃低温范围内,进行低压、短时渗氮,获得Sm2Fe17N3片状粉末.Sm2Fe17纳米片在350℃、3 psi氮气压力下渗氮3h后,矫顽力可达到3.56 kOe,晶粒保持纳米尺度不变,且具有(001)织构.     

取向硅钢常化板织构及不同取向晶粒中析出相粒子的分布

利用SEM、EBSD技术对低温热轧技术的热轧板和常化板进行了织构研究,并对不同取向晶粒中的粒子进行了对比分析。结果表明:常化处理对热轧织构中旋转立方{100}011织构强度有一定的减弱;常化后4种不同取向晶粒中的粒子面密度及粒子尺寸存在明显的差异,其粒子面密度分布规律表现为黄铜取向晶粒Goss取向晶粒铜型取向晶粒{100}011取向晶粒,且黄铜取向晶粒中的粒子平均尺寸最小,40~60 nm范围内的粒子也明显多于其他取向晶粒。     

硬质合金激光改性协同仿生微织构对硼掺杂金刚石涂层性能的影响

目的 研制应用于超精密加工领域的高性能金刚石涂层,探究硬质合金基体表面激光微织构对硼掺杂金刚石(BDD)涂层沉积质量的影响,分析不同类型的仿生微织构对基–膜结合强度、工具切削性能的改善效果及原因。方法 在硬质合金表面使用激光脉冲制备不同类型的仿生微织构,并通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法在刀具表面沉积BDD涂层。采用数显洛氏硬度计(HRS-150)、超景深三维显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、白光干涉表面轮廓仪、拉曼光谱(Raman)对样品进行表征。通过压痕试验及铣削试验研究涂层的附着强度和刀具的切削性能。结果 激光微织构边缘发生表面硬化。激光微织构区域沉积BDD涂层后,基体表面缺陷显著降低,织构内部金刚石晶粒更密集,沉积质量提升,三角织构(TT)边缘的金刚石颗粒堆积坡度最缓,不同类型的织构化BDD涂层的粗糙度、金刚石纯度、切削性能及附着强度均不同,涂层附着力与表面硬度呈正相关。硼掺杂三角织构(BDTTD)涂层刀具具有最佳的切削性能。结论 织构边缘和内部具有更高的金刚石二次成核率和沉积质量。织构的存在可以提升BDD涂层的附着强度和刀具性能,并且织构边缘的涂层附着力最强,这些得益于激光烧蚀及仿生微织构对硬质合金表面的硬化及对BDD涂层内在缺陷的修复。     

H2/Ar流量比对纳米金刚石形貌和结构的影响

目的研究不同H_2/Ar流量比对纳米金刚石形貌和结构的影响。方法采用MPECVD法制备了质量较好的纳米金刚石薄膜,并通过SEM、XRD对金刚石薄膜的形貌、结构以及晶粒尺寸进行了测试,还使用Raman对金刚石D峰、纳米金刚石特征峰(TPA)的变化趋势进行了分析。结果当Q(H_2):Q(Ar)=50:49时,制备的金刚石晶粒为亚微米范畴,其平均晶粒尺寸为250 nm,表面平整度较差,出现堆积层错现象,但金刚石特征峰(D峰)最强,生长速率达到最大,约为125 nm/h;Q(H_2):Q(Ar)=10:89时,表面平整度高,二次形核现象明显,平均晶粒尺寸为20 nm;进一步减小H_2/Ar流量比为0时,可发现晶粒由纳米变为超纳米,二次形核更为明显,表面平整更高,其平均晶粒尺寸为3 nm,另外Raman测试发现金刚石特征峰强度随H_2/Ar流量比的减小而减小,而纳米金刚石特征峰随H_2/Ar流量比的减小而增大。结论随着H_2/Ar流量比的增加,金刚石表面平整度逐渐变差,表面粗糙度也在逐渐增大,同时金刚石的晶粒尺寸和生长速率在Q(H_2):Q(Ar)=50:49时达到最大。     

金刚石-WC-Co复合材料的高温高压合成

以质量分数为5%的金刚石微粉(平均晶粒尺寸7 μm)、90%的WC粉(平均晶粒尺寸150 nm)、5%的Co粉(平均晶粒尺寸0.9 μm)为初始材料,采用高温高压法在5.50 GPa、1 100～1 500 ℃保温2 min条件下制备金刚石-WC-Co复合材料。采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电镜、维氏硬度计对样品进行表征。合成的金刚石-WC-Co复合材料相分布均匀,金刚石颗粒紧密地烧结在硬质合金基体中;5.50 GPa、1 250 ℃、保温2 min条件下合成的样品性能最佳,相对密度达96%,维氏硬度达23.60 GPa。      

HFCVD在硬质合金基体上沉积（110）＆（100）金刚石薄膜

以CH4和H2为反应气体,用热丝化学气相沉积(HFCVD)法在YG6(WC-6%Co)硬质合金基体上沉积了具有(110)和(100)织构的金刚石薄膜.用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、压痕仪对样品进行了分析.结果表明金刚石薄膜由约1μm大小立方金刚石晶粒组成,其形核密度大于2×108/m2;(110)和(100)织构系数分别为0.59和0.033,压痕荷载为588N时附着性能良好.     

冷轧TA18钛合金管材退火织构的形成机制

TA18钛合金管材因使用环境要求应具有特定的径向基面织构,退火温度是其重要影响因素之一,为了揭示管材退火织构的形成机制,选取Φ8 mm×0.6 mm冷轧管材以及经450、500、550、600、650、700、750℃/3 h等温度退火管材为试验材料,利用电子背散射衍射（EBSD）技术研究了管材晶粒在不同退火温度下的取向特性。结果表明：初始冷轧管材具有较强的径向基面织构,且■晶向主要平行于管材轴向;管材在450～550℃、550～650℃、650～750℃退火时分别发生了回复、再结晶及晶粒长大,管材织构的转变主要发生在再结晶及晶粒长大阶段,随着再结晶的发生,管材径向织构不断增强,再结晶后的■晶向主要平行于管材轴向。再结晶退火使管材径向织构增强的主要原因是,原冷轧管材中的细小晶粒具有比基体更强的径向取向,再结晶晶粒优先在这些细小晶粒处形核生长,并获得了强径向取向,在随后的晶粒长大过程中,这些强径向取向晶粒不断长大并占据优势,从而使管材表现出强径向分布的“再结晶织构”。     

EFFECT OF COLD ROLLING RATIO OF CATALYST ON SYNTHESIS OF DIAMOND

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利用扫描电镜、X射线衍射和电子背散射衍射研究了CVD自支撑金刚石薄膜的表面形貌组织、织构和晶界分布。研究表明:金刚石薄膜制备气氛纯度较低,造成薄膜中存在较多孪晶。沉积气体中甲烷浓度升高,孪晶发生频率增加,孪晶对织构组分的影响程度增加。高频率孪晶使薄膜中{100}织构转变为{122}织构,但没有观察到明显的{511}和{411}孪晶织构,说明孪晶取向的变化具有一定的选择性。     

Fabrication and application of nano/microcrystalline composite diamond coated drawing dies using alternative carbon sources

Nano/microcrystalline composite diamond films were deposited on the holes of WC-6%Co drawing dies by a two-step procedure using alternative carbon sources, i.e., methane for the microcrystalline diamond (MCD) layer and acetone for the nanocrystalline diamond (NCD) layer. Moreover, the monolayer methane-MCD and acetone-NCD coated drawing dies were fabricated as comparisons. The adhesion and wear rates of the diamond coated drawing dies were also tested by an inner hole polishing apparatus. Compared with mono-layer diamond coated drawing die, the composite diamond coated one exhibits better comprehensive performance, including higher adhesive strength and better wear resistance than the NCD one, and smoother surface (R_a=65.3 nm) than the MCD one (R_a=95.6 nm) after polishing at the same time. Compared with the NCD coated drawing die, the working lifetime of the composite diamond coated one is increased by nearly 20 times.     

激光诱导固态转变合成金刚石研究进展

本文介绍了激光诱导固态转变合成金刚石的研究进展，讨论了金刚石各种合成方法的机理，并提出一种激光诱导液体介质中石墨颗粒固态转变合成金刚石的新方法。研究的目的是改变现有激光轰击石墨合成纳米金刚石产出率过低的状况。方法是把石墨微粉放入水中，将其进行分散后导入一个循环系统，采用Nd—YAG脉冲激光(最大功率密度10^6Wcm^-2)轰击与其同轴循环流动的石墨颗粒悬浮液。收集反应产物并提纯，高分辨透射电子显微镜(HREM)分析表明产物为立方结构的金刚石，其颗粒尺寸为5nm。该方法产率比以往激光合成方法有了较大提高。     

纳米晶多晶体金刚石超细微粉在表面技术中的应用

纳米晶多晶体金刚石超细精微粉是一种用动态法爆炸合成的金刚石,它与用静态法压机合成的单晶体金刚石不同,颗粒由纳米晶织构体组成,呈不规则形状,表面凹凸不平,而后者颗粒呈多面体单晶状,表面光滑,棱边平直.作为磨粒,多晶体金刚石具有更多的切削刃,切削效率高.作为复合镀层中的增强粒子,它与镀层金属的接触面更大、机械结合力更强,使用时不易剥落,优势明显.在国外,它广泛应用于硬质合金、人工晶体、玉石、红宝石、蓝宝石和钻石等各种材料的表面精细加工领域中,以及作为电镀和化学镀的增强相.     

自动激光焊接金刚石锯片软件系统研究

金刚石锯片的焊接强度要求极高,传统的烧结加纤焊的方式加工的锯片其强度尤其是高温强度低。激光焊接是一种新的快速成型加工方法。采用激光焊接方法加工金刚石锯片,获取其截面数据是实现自动化加工的关键。经过多年的实践探索,研制出一种新的基于３Ａ的方法。既ＡＭＥ建立模型,ＡＤＳ－Ｃ和ＡＰＩ函数编程。利用３Ａ法编制的软件系统根据输入的参数设置加工精度,选择加工纹理方向,能自动对各种锯片进行截面处理,获得其剖面数     

高质量金刚石自支撑膜织构与断裂强度的关系研究

利用直流电弧等离子体喷射化学气相沉积在Mo基体上制备了不同织构的金刚石厚膜。用扫描电境(SEM)观察金刚石膜的形貌，用XRD表征晶体取向，用极图和取向分布函数法计算金刚石膜的不同织构，利用三点弯曲法测量金刚石膜的断裂强度。结果表明，金刚石膜的断裂强度随着衍射峰强度比值，I(111)／I(220)的增大而不断降低。{110}织构的金刚石膜具有最高的断裂强度。     

脉冲电沉积纳米晶镍在金刚石工具制造中的应用研究

采用watt镀液通过脉冲电沉积制得纳米镍沉积层.通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）分析了沉积层的表面形貌、结构和晶粒大小与脉冲参数的关系,分析表明：微观形貌为胞状结构,平均晶粒尺寸为10.3 nm;随着占空比的减小,晶粒得以细化.研究了脉冲参数对纳米镍层显微硬度、抗拉强度的影响,最大拉伸强度大900 MPa,为常规镍镀层的2.5倍;通过正交法得到最佳制造金刚石工具的脉冲参数,磨削加工试验显示,平均寿命为常规镍的1.5倍.     

陶瓷结合剂金刚石砂轮修整的研究(Ⅲ)——杯形砂轮修整器的修整机理

在前两篇文章中,笔者提出了一种以杯形砂轮为工具的金刚石砂轮修整方法。本文探讨了以该方法修整陶瓷结合剂金刚石砂轮的机理。主要结论如下:(1)杯形砂轮的修整作用主要取决于从GC砂轮上脱落下来的磨粒对金刚石磨粒和结合剂桥的冲击。(2)杯形砂轮越软,其上脱落下来的磨粒越大,修整效率越高,但金刚石砂轮表面越粗糙。(3)用烧结体多点金刚石笔修整时,从最外表面开始,金刚石砂轮表层磨粒依次被金刚石笔削去。(4)作为添加材料加入到陶瓷结合剂金刚石砂轮中的碳化硅磨粒,其顶端在磨削初期即被磨平。(5)磨削难磨材料时,最好使用无添加材料的陶瓷结合剂金刚石砂轮。     

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 利用电子背散射衍射、扫描电镜和X射线衍射技术研究了CVD自支撑金刚石薄膜的孪晶组织形貌、孪晶界和晶体取向差分布。研究表明，金刚石薄膜中存在一阶和二阶孪晶，不同的孪晶取向转变过程能形成不同的孪晶组织形貌，高频率的孪晶能对薄膜织构产生明显影响。