CVD金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

本文采用不同涂层工艺的ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金,观测比较刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及工件表面粗糙度,分析ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削主崖裂口合金的磨损机理和失效原因。研究结果可为涂层工艺的提供了理论依据。     

金刚石涂层刀具铣削氧化锆义齿性能研究

氧化锆陶瓷义齿不论从材料的切削加工性,还是从义齿的结构特点上,对刀具的切削性能及寿命都有极高的要求。本文先对立铣刀加工预烧结氧化锆义齿的特点进行分析,得出义齿在加工中的失效主要是由切削冲击、过切和欠切引起的,然后通过刀具的寿命试验和磨损试验对金刚石涂层刀具和TiAlN涂层刀具进行了寿命、磨损的对比分析。在试验分析的过程中通过超景深显微镜对后刀面磨损带宽度和铣削距离进行记录,通过扫描电镜等仪器分析了两种不同涂层材料刀具加工后的前、后刀面磨损形貌和刀具的磨损机理。最终得出在磨钝标准:VB为0.1 mm的情况下,金刚石涂层刀具的寿命约是TiAlN涂层刀具的6.5倍,在切削过程中发生的主要磨损为磨粒磨损、化学磨损和冲蚀磨损。     

微米及纳米金刚石涂层扁钻的制备及其切削性能

目的研究微米金刚石薄膜(Microcrystalline diamond film,MCD film)和纳米金刚石薄膜(Nanocrystalline diamond film,NCD film)的微观组织结构和表面质量,以及由两种薄膜涂覆制成的微米金刚石涂层扁钻(MCD coated spade drill)和纳米金刚石涂层扁钻(NCD coated spade drill)在切削碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)时的切削性能。方法采用热丝化学气相沉积法在硬质合金扁钻上分别制备MCD薄膜和NCD薄膜。使用扫描电子显微镜观察金刚石薄膜的表面和横截面形貌,利用白光干涉表面轮廓仪测量薄膜的表面粗糙度值,使用拉曼光谱仪检测薄膜的结构成分,利用X射线衍射仪(XRD)检测薄膜的晶体结构和晶面取向,通过切削实验分析无涂层刀具和微、纳米涂层刀具的切削性能。结果制成的MCD和NCD薄膜涂覆均匀,两种薄膜的厚度都为8μm,晶面取向均以(111)面和(220)面为主。MCD薄膜晶粒棱角分明,平均晶粒尺寸为2~3μm,NCD薄膜的表面更光滑,平均晶粒尺寸为100 nm。MCD和NCD薄膜测定区域的表面粗糙度值分别为0.4μm和0.24μm。在相同的切削条件下,无涂层刀具钻削30个孔后,刀具已经达到了报废标准,不能继续使用。两种金刚石涂层刀具各钻削50个孔后,MCD和NCD涂层刀具后刀面的最大磨损量分别为0.192 mm和0.093 mm,均没有超过磨钝标准VB=0.2 mm(后刀面磨损带宽度),其中NCD涂层刀具的耐磨性最好。结论 MCD和NCD薄膜,尤其是NCD薄膜,能够有效地提高硬质合金刀具的耐磨性,延长刀具的使用寿命。     

CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究进展

概述了CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究现状及存在的问题,重点对近五年CVD金刚石涂层硬质合金刀具基体预处理方法、涂层内应力的表征方法等方面的研究现状进行了综述。     

CVD金刚石薄膜涂层整体式刀具的制备与应用

化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强以及表面化学性能稳定等优异的机械及摩擦学性能,这使其在硬质合金工模具领域具有广阔的应用前景.本文采用热丝化学气相沉积法(hot filament chemical vapor deposition,HFC...     

基于刀具底部散热方式的HFCVD法沉积金刚石涂层刀具温度场的仿真优化

用热丝化学气相沉积法(hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)制备金刚石涂层刀具时,衬底温度对金刚石涂层分布的均匀性有重要影响。利用仿真软件ANSYS中的FLUENT模块,对GAMBIT中建立的三维HFCVD批量刀具反应模型进行分析,并运用耦合热传导、热对流、热辐射等3大传热方式对该模型衬底温度分布情况进行仿真预测,对影响涂层分布均匀性的刀具底部支撑台材料散热方式进行分析、优化。仿真结果显示:相较于传统的铜质支撑台和石墨支撑台,热导率小的陶瓷材料支撑台的刀体平均温差最小,为37.82 ℃,比采用铜材料为支撑台时的刀体平均温差降低了45 ℃,更有利于制备膜厚、质量均匀的CVD金刚石涂层刀具。      

大孔径内孔表面金刚石薄膜涂层的制备

应用热丝化学气相沉积（HFCVD）工艺,并采用合适的衬底预处理方法和优化的工艺参数,在大孔径硬质合金内孔表面沉积了金刚石薄膜。分别采用SEM、EDS和喇曼光谱依次对衬底预处理前后内孔表面及沉积的金刚石薄膜进行了表征,并通过压痕实验评估了薄膜的附着强度。该压痕实验结果与薄膜的SEM及喇曼光谱表征的结果具有一致性。结果表明：采用合适的衬底预处理方法和优化的HFCVD工艺,可以在大孔径硬质合金内孔表面沉积高质量的金刚石薄膜。     

Influence of intermittently etching on quality of CVD diamond thin films

A new method, called growing-etching repetitional process based on hot filament chemical vapor deposition, was proposed to improve the quality of diamond film. During the deposition carbon source was intermittently closed letting hydrogen etch the surface of the diamond film fi＇om time to time. In order to find whether it is helpful to the films＇ quality, a series of experiments were done. The results show that the new method can enhance the orientation of the chemical vapor deposition diamond films, reduce the graphite phase and increase the film＇s surface resistivity.     

不同沉积功率对CVD金刚石涂层性能的影响

利用热丝化学气相沉积法(HFCVD),固定其他工艺参数,通过改变沉积功率在YG6硬质合金上制备金刚石涂层,并利用扫描电镜(SEM)、洛氏硬度计和Raman光谱对涂层进行性能测试。结果表明:两步法处理硬质合金基体,可以有效去除表层的Co,同时增大表面粗糙度,提高金刚石形核率,提高涂层附着力;涂层表面形貌观察可知,沉积功率4kW时,晶形完整,晶粒大小非常均匀致密,晶面主要呈现金刚石典型的(111)面生长;压痕测试表明,当功率为4kW时,涂层的结合力最好,表面均匀、平整;结合Raman光谱分析,功率4kW时,涂层质量很好。     

HFCVD聚晶金刚石薄膜与TC1对磨摩擦磨损性能研究

目前,金刚石被认为是制备加工钛合金涂层刀具的理想材料,但是关于金刚石涂层与钛合金间磨损机制的研究甚少。为此,本实验利用热丝化学气相沉积(HFCVD)在硬质合金(WC-Co)基体上制备聚晶金刚石(PCD)薄膜并研究其与Ti-2Al-1.5Mn(TC1)对磨时的磨损机制。销盘磨损实验结果显示:PCD薄膜相比于WC-Co具有较低的摩擦系数及较高的耐磨性。WC-Co在与TC1对磨时,磨损机制主要为磨料磨损。PCD薄膜与TC1对磨过程中,一直存在有金刚石晶粒与对磨副TC1的切削作用;而在磨损后期,磨屑堆积产生的致密氧化TC1相对磨损过程也有着直接的影响。     

硅掺杂CVD金刚石薄膜

研究硅掺杂对CVD金刚石薄膜形貌、结构特性和成分的影响。通过向丙酮中加入正硅酸乙酯作为反应气体,在硅基底上沉积硅掺杂CVD金刚石薄膜。金刚石薄膜的表面形貌和显微组织由场发射电镜表征。金刚石薄膜的成分通过拉曼光谱和X射线衍射（XRD）进行研究。薄膜的表面粗糙度由表面轮廓仪评估。结果表明,硅掺杂会降低晶粒尺寸,促进晶粒细化并抑制三角锥形形貌。XRD研究表明,（111）朝向的晶面显著减少。拉曼光谱研究表明,硅掺杂会促进薄膜中硅碳键的形成以及非金刚石相的增多。在硅碳浓度比为1％时,沉积得到光滑的细晶粒金刚石薄膜。     

CVD金刚石涂层煤液化减压阀关键部件的制备

煤液化减压阀的工作条件非常苛刻,对其阀座、阀芯等关键部件在高温、高压差、高固态浓度流体冲蚀条件下的抗冲蚀磨损性能及使用稳定性提出了极高的要求.CVD金刚石涂层具有接近天然金刚石的优异性能,非常适合用于煤液化减压阀关键部件的表面强化.采用热丝CVD法在硬质合金阀座及阀芯主要的受冲蚀表面沉积获得了金刚石涂层,为保证沉积过程...     

同质外延单晶CVD金刚石的研究进展

金刚石因具有诸多优异的物理化学性能而使其在很多领域都有非常广阔的应用前景.CVD法高速合成大面积、高质量单晶金刚石一直是人工合成金刚石的研究热点之一.本文首先从基底预处理、生长参数的优化以及合成工艺的改进这三个方面综述了MPCVD同质外延单晶金刚石的研究进展,其次对国内外CVD外延单晶金刚石的研究进展进行了简单的介绍,...     

直流等离子体-热丝化学气相沉积金刚石薄膜的研究

通过在传统热丝化学气相沉积装置中引入直流等离子体,设计了直流等离子体-热丝化学气相沉积金刚石薄膜的设备,设备中既包括相互独立的灯丝电压和施加的偏压。通过调节偏压可以控制所形成的等离子体的偏流。在这一改进的系统中研究了金刚石薄膜形核和生长过程,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）分析了金刚石的样品,结果表明,施加偏压不仅能大大促进金刚石的形核密度（10^10cm^-2）、提高金刚石薄膜的生长速率,金刚石薄膜的取向也随机取向变为（111）定向生长。     

CVD单晶金刚石的研究进展

化学气相沉积(CVD)单晶金刚石是近年来金刚石领域研究焦点之一,在众多合成方法中,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是诸多学者公认的稳定生长均匀高质量单晶金刚石最有前途的技术。近年来,MPCVD合成单晶金刚石在质量、速率、尺寸以及应用上取得了重大的进展,但是目前仍然有一个问题需要解决,即如何在保证质量的前提下大幅度提高单晶金刚石的生长速率。本文对CVD单晶金刚石过程中衬底的选择、表面加工与处理、基座的结构和沉积参数的选择进行了详细评述,并简要介绍了CVD单晶金刚石国内外研发成果。     

沉积参数对硬质合金基体微/纳米金刚石薄膜生长的影响

基体温度、反应压力和碳源浓度等沉积参数决定热丝化学气相沉积金刚石薄膜的性能。运用正交试验方法,研究参数对硬质合金基体金刚石薄膜生长的综合作用。采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）和拉曼（Raman）光谱检测薄膜的形貌结构、生长速率和成分。结果表明：随着基体温度的降低,金刚石形貌从锥形结构向团簇状结构转变;低反应压力有利于纳米金刚石薄膜的生成;生长速率受反应压力和碳源浓度综合作用的影响。