CVD金刚石薄膜与硬质合金的结合力的改善途径

化学气相沉积金刚石涂层硬质合金工具综合了金刚石和硬质合金的优异性能,可广泛应用于难加工材料的切削、电子工业等诸多领域。制造金刚石薄膜涂层工具的关键在于增强金刚石膜与硬质合金基体间的结合力。文章综述了增强化学气相沉积金刚石膜与硬质合金基体结合力的多种措施。     

圆柱形衬底金刚石涂层的制备与表征研究

采用偏压增强热丝化学气相沉积法（BE—HFCVD）,以WC—Co硬质合金圆柱体为衬底沉积金刚石薄膜。研究了提高金刚石薄膜形核密度和涂层附着力的新型复合衬底预处理方法,研究结果表明。采用新型复合衬底预处理工艺后,衬底表面凸凹不平,粗糙度达到366nm,相比未采用预处理工艺的表面粗糙度94．5nm,可以大大提高金刚石形核密度,并且处理后钻的成分含量从6％减低到0．4％,在很大程度上提高了金刚石涂层与衬底之间的附着强度。研究结果还表明制备的金刚石涂层均匀且具有较好的表面质量。     

CVD金刚石薄膜涂层工具衬底预处理方法

目前普遍采用的衬底表面预处理方法有：①表面脱Co处理：采用HCl、HNO3、H2SO4等对衬底表面层中的co进行酸蚀处理;采用氢等离子体或含氧的氢等离子体刻蚀Co;采用化学试剂钝化等方法使衬底表面层中的Co失去活性;采用化学反应置换Co,将硬质合金衬底刀具放入化学试剂中,利用置换反应将表面层中的Co置换成其它物质（如Cu）。②在金刚石薄膜与衬底之间预沉积中间过渡层,     

梯度硬质合金金刚石涂层刀具的切削性能研究

梯度硬质合金是金刚石涂层产品新的基体材料.现场切削实验可有效、直观地评价金刚石涂层刀具的性能。采用梯度硬质合金金刚石涂层可转位刀片车削硅铝合金,研究切削参数对加工面质量及刀具磨损的影响。结果表明,梯度硬质合金金刚石涂层刀具加工的工件面粗糙度低、光泽度好且不黏刀。切削20min后,加工面粗糙度最佳值为1.57μm,刀具后刀面磨损为0.1mm,远小于失效判据VB=0.30mm,是很好的金刚石涂层产品基体材料。     

汽车行业刀具消费趋势

在刀具材料方面,由于汽车零部件材料本身的要求提高,超硬刀具材料如cBN（立方氮化硼）、PCD（聚晶金刚石）刀具和新型硬质合金刀具被大量采用。在国内汽车用户所选择的刀具材料中,使用最多的仍然是硬质合金刀具,占64．1％。     

硬质合金高压熔渗制备聚晶立方氮化硼复合片

在高温高压条件下（HPHT,5.2GPa,1450℃）,通过硬质合金基体的高压原位熔渗法,制备了质地均匀的Φ15×5mm的聚晶立方氮化硼（PcBN）复合片。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）等考察了PcBN复合片的组织形貌及物相成分,并对其界面复合机理进行了探讨。实验结果表明,硬质合金（WC-Co）基体中WC及Co通过熔渗扩散到立方氮化硼（cBN）层,通过WC、MoCoB、Co3W3C等粘结相,实现了PcBN复合片的界面复合,PcBN层形成致密的＂混凝土＂结构。     

复合材料木工刀具激光制备工艺与性能分析

为进一步扩大硬质合金材料在木工刀具中的使用范围，文章采用激光熔覆工艺制备硬质合金-45钢复合材料。选用SEM电镜观察激光熔覆试样冶金质量与金相组织特征，与GHO10-82型电刨刀具材料进行显微硬度与耐磨性对比。试验发现，经激光熔覆后硬质合金熔覆层与45钢基体间能实现良好冶金结合，无气孔与裂纹等缺陷存在，熔覆层显微组织包含白亮的细小WC晶粒和树枝状的（W,Ti）C固溶体晶粒。在试样硬化层到基体方向上测试显微硬度，硬度值呈现由高到低良好过渡变化，GHO10-82型刀具材料为分层式阶梯变化。用硬质合金-45钢复合材料制备木工刀具，兼具熔覆层的高硬度、高耐磨性和基体的塑性、韧性，可良好适应木材切削加工要求。     

金刚石刀具的应用和修磨

天然金刚石刀具目前主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属,以及特殊零件的超精密镜面加工,如录相机磁盘、光学平面镜、多面镜和二次曲面镜等。但其结晶各向异性,刀具价格昂贵。PCD的性能取决于金刚石晶粒及钴的含量,刀具寿命为硬质合金(WC基体)刀具的10~500倍,主要用于车削加工各种有色     

湖南超硬材料发展现状及未来规划

湖南省围绕工程机械对高强度结构钢、高性能刀具、耐磨材料等的需求,重点组织实施三类材料工程：超细晶高精度硬质合金以及超粗晶、耐磨损、长寿命硬质合金工程;功能梯度硬质涂层材料工程;精密超硬材料磨具与刀具（人造金刚石及制品、金刚石复合片、立方氮化硼复合片）、高性能工程陶瓷材料工程。     

国内外新型复合硬质合金材料的发展动态

介绍了WC—Co／TiC—Al2O3、WC—Co／金刚石、WC-Co／SiC涂层等几种硬质合金复合材料的成分与工艺、性能和应用效果。结果表明,在特殊工况条件下使用此类复合材料,耐磨性和韧性明显提高。     

硬质合金表面粗糙度对金刚石涂层附着力影响的研究

采用不同粒度的金剐石粉研磨硬质合金基体表面,然后采用酸碱两步法处理基体,清洗后利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）沉积金刚石涂层。扫描电镜观察表面金刚石形貌,洛氏硬度压痕法评价涂层结合情况。实验结果表明适当的表面粗糙度可以有效地提高膜基结合水平。     

氨气对热阴极CVD法制备纳米金刚石膜的影响

采用直流热阴级化学气相沉积（DC-PACVD）方法,以NH3＋CH4＋H2混合气体作为气源,通过改变氨气浓度,在单晶硅（111）基片上沉积纳米金刚石膜.采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪分析了不同氨气浓度下制备的纳米金刚石膜。结果表明：在基体温度为700℃条件下,随着氨气浓度的增大,纳米金刚石膜中的金刚石相含量增加,非金刚石相含量相对减少;晶粒的平均粒度减小。在一定范围内氨气浓度增加,有助于提高纳米金刚石膜质量;在氨气流量达到8 mL/min时,获得了质量最好的纳米金刚石膜,其平均晶粒尺寸约为64 nm、均方根粗糙度约为27.4 nm。并提出了掺氮纳米金刚石薄膜的生长模型,对相应现象给出了解释。     

形核密度对CVD金刚石涂层附着性能的影响

采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）在硬质合金基体上进行金刚石的形核生长,使用扫描电镜（SEM）对金刚石涂层形核情况进行分析,研究了不同形核密度对CVD金刚石涂层附着力的影响。结果表明：当碳源浓度达到3%时,表面形核密度最高,约为107/cm2;浓度增大为4%时,形核密度降低。通过压痕实验对比分析得出形核工艺中碳源浓度为3%时沉积的金刚石涂层压痕最浅,压痕直径最小,金刚石涂层具有良好的附着性能。     

金刚石刀具的应用

德国Lach spezial公司,八年前在木材加工工业中,首先应用了金刚石刀具,为加工刨花板、中密度纤维板、硬质纤维板和胶合板等材料,已经研制了数控镂铣机,双面开榫机等。这些新机床需要配备耐磨的刀具,金刚石刀具即应运而生了。 现在金刚石刀具除用于上述材料的加工外,还用于栎木、槭木、核桃木和软材等实木的加工。在美国,成型材料和型边装饰材料加工尚未采用金刚石刀具。尽管金刚石刀具初始投资较大,但使用硬质合金刀具要比使用金刚石刀具昂贵得多。金刚石刀具较大的初始投资,能在几个月内收回,这是因为金刚石刀具的使用寿命要比硬质合金刀具长达200倍。另外,金刚石刀具加工表面平滑,减少了工件对刀具的摩擦。使用金刚石刀具还可以大大减少换刀时间,从而提高了生产效率。     

常用硬质合金刀具材料的选用分析

硬质合金是高硬度、难溶的金属化合物(主要是WC、Ti C等,又称高温碳化物)微米数量级的粉末,用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。与高速钢相比,它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性;与超硬材料相比,它具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能,因此在刀具行业得到了广泛应用。     

采用新材料的木工刀具

前言近年来,木材工业开发了无机质材料、金属材料等和胶合板、刨花板等木质材料所组合的各种木质系复合材料,适合于不同用途的使用。这些复合材料有超过木质材料的难切削性,甚至作为木工刀具最坚牢、寿命最长的碳化钨基超硬质合金刀具,在寿命上也不够长,所以强烈要求新刀具的出现。另一方而,在金属加工领域中,由陶瓷,烧结金刚石、超耐热硬质合金等新材料做的     

在金刚石薄膜上生长微米／纳米结构氧化锌

金刚石是非常重要的宽禁带半导体材料,n-型氧化锌与p-型金刚石的结合成为半导体研究的热点。该研究实现了金刚石薄膜上生长六角纤锌矿结构氧化锌（ZnO）微米／纳米结构。生长初期或ZnO饱和蒸气压较低时,ZnO晶粒多沉积在金刚石薄膜的晶界和棱边处,随着沉积时间的增加或反应气氛中气态ZnO浓度的增加,会有大量微米／纳米结构的ZnO生成,并覆盖整个金刚石薄膜表面。对ZnO在金刚石薄膜表面生长机制及反应气氛对金刚石的钝化作用进行了分析。     

提高CVD金刚石涂层刀具附着力的应用研究

文章介绍了影响CVD金刚石涂层刀具附着力的因素,并重点对提高其附着力的工艺措施进行了较深入的研究,对解决刀具基体与金刚石薄膜之间的附着力过小的问题有一定的指导意义。     

金刚石刀具化学磨损的预防

单晶金刚石刀具因其化学磨损严重,不适用于微切削加工铁基材料。为了保护金刚石刀具免受化学磨损,可将切削刀具沉积硬质涂层,以防止金刚石与工件材料直接接触。本研究则利用磁控溅射工艺在金刚石刀具上沉积T iN、T iA lN和A lN涂层。经过优化工艺参数,所沉积涂层的化学成分接近化学计量,表面非常光滑,晶粒很细,硬度高且附着强度大。虽然刃口半径因涂层略有增加,但对微切削加工来说仍可容忍。在试验切削条件下,与参比未涂层金刚石刀具相比,T iA lN涂层金刚石刀具磨损的减少高达50%。     

低压气相金刚石薄膜涂层刀具膜/基附着性能测试方法研究进展

较全面介绍了金刚石薄膜涂层刀具膜/基结合强度的定性和定量测试与表征方法。定性方法主要有划痕法、压痕法、超声波法等,其操作简单、结果直观,但实验结果不精确并且缺乏可比性;定量方法主要有粘接拉伸法、刮剥式测量法、纳米压入法、内涨鼓泡法、梁弯曲法等,这些方法不同程度地提高了测量的准确性和精确度,但试验条件要求苛刻、设备复杂、薄膜样品制备困难等问题限制了其广泛应用。总的来看,采用单一方法直接用于金刚石薄膜刀具膜/基附着强度的有效表征还有较大的困难。因此,需要在前人工作基础上,通过研究这些方法的优势互补,或者通过新方法研究,建立综合评价金刚石薄膜的膜/基界面结合强度的有效与合理方法,为金刚石薄膜硬质合金刀具的制备提供科学依据。