沉积温度对硬质合金金刚石涂层附着力影响的研究

采用宝痕实验、扫描电镜与激光Ｒａｍａｎ光谱分析,实验研究了酸浸硬质合金基底上金刚石涂层的附着力随沉积温度的变化。结果表明,涂层质量随沉积温度降低而显著恶化,涂层应力则随沉积温度提高而上升。从提高涂层附着力的角度考虑,存在一个最佳沉积温度。在较低的沉积温度下,涂层自身的质量较低、力学性能较差,在载荷作用下易于破坏。提高沉积温度,涂层自身的质量可得到改善,但基底中的钴向基底表面扩散的倾向加大,而且热应力增大,会严重降低涂层与基底的附着力。除硬质合金基底的预处理工艺处,沉积工艺对金刚石涂层的组织、性能以及附着力均有重要影响。     

采用WC过渡层增加金刚石薄膜附着力的研究

在微波等离子体化学气相沉积装置中，以WC-8％Co为基体，采用氢等离子体脱碳、磁控溅射镀W、碳化等方法，制备了微晶WC过渡层。研究了金刚石薄膜与基体的附着力。结果表明，表面脱碳后再镀W膜，W填充了氢等离子体脱碳时刀具表面因钴蒸发而留下的空洞，形成过渡层，在随后的碳化中和基体WC连接较为紧密，能增加金刚石薄膜与基体附着力，克服单纯的氢等离子体脱碳还原法降低刀具基体硬度、不能完全消除钴的有害影响的缺点。     

沉积温度对硬质合金金刚石涂层附着力影响的研究

采用压痕实验、扫描电镜与激光Raman光谱分析,实验研究了酸浸硬质合金基底上金刚石涂层的附着力随沉积温度的变化.结果表明,涂层质量随沉积温度降低而显著恶化,涂层应力则随沉积温度提高而上升.从提高涂层附着力的角度考虑,存在一个最佳沉积温度.在较低的沉积温度下,涂层自身的质量较低、力学性能较差,在载荷作用下易于破坏.提高沉积温度,涂层自身的质量可得到改善,但基底中的钴向基底表面扩散的倾向加大,而且热应力增大,会严重降低涂层与基底的附着力.除硬质合金基底的预处理工艺外,沉积工艺对金刚石涂层的组织、性能以及附着力均有重要影响.     

两种预处理对硬质合金金刚石涂层附着力的影响对比研究

制约金刚石薄膜涂层工具走向市场化的关键问题是金刚石薄膜与硬质合金衬底的附着力低。困难来自于硬质合金的粘结相钴。消除钴对涂层附着力不利影响的措施很多。其中 ,真空渗硼和施加铜过渡层处理是两种较为有效的方法。本实验的目的就是要比较两种预处理对金刚石涂层附着力的影响。我们利用强电流直流伸展电弧等离子体CVD设备对真空渗硼和施加铜过渡层处理的刀片同时进行了金刚石薄膜沉积。通过激光喇曼、压痕和切削实验对其涂层的附着力进行分析、对比。结果表明 ,真空渗硼和施加铜过渡层处理均可有效地提高硬质合金金刚石涂层的附着力(未处理试样涂层的附着力 <60 0N。施加铜过渡层处理试样附着力 <15 0 0N ,真空渗硼预处理试样附着力≥ 15 0 0N)。但两者相比较而言 ,真空渗硼预处理法具有更好的效果     

去Co深度及薄膜厚度对金刚石薄膜-硬质合金附着力的影响

金刚石薄膜与基体的附着力是影响CVD金刚石薄膜涂层刀具使用寿命的关键因素,沉积金刚石薄膜的膜-基附着力主要受硬质合金基体表面Co含量的影响。本文通过控制酸碱两步法中的酸处理时间及薄膜沉积时间,利用扫描电子显微镜、能谱仪、拉曼光谱仪、划痕测试仪等对样品进行分析检测,研究基体去Co深度及薄膜沉积厚度对金刚石薄膜的膜-基附着力的影响。结果表明:随着去Co深度的增加,膜-基附着力先增后降,但薄膜表面和截面形貌无明显变化,表明薄膜形貌主要受沉积参数影响;随着薄膜厚度增加,薄膜晶粒变大,膜-基附着力先增高后降低。去Co深度为7.1μm,薄膜厚度为19.5μm时所得薄膜的膜-基附着力最高,达到88.82 N。     

等离子体技术在提高硬质合金工具上金刚石薄膜附着力方面的应用

金刚石薄膜具有优异的性能，作为切削工具表面的保护性涂层，可以大幅度提高工具的使用寿命以及加工精度。硬质合金是一种广泛使用的工具材料，在其表面沉积高附着力的金刚石薄膜时存在着困难。等离子体中离子、原子或分子具有高的反应活性，等离子体技术在金刚石薄膜的制备中有着广泛应用。利用等离子体技术可以极大的消除因金刚石薄膜与硬质合金基体之间存在热应力以及由硬质合金中的钴粘结剂在化学气相沉积金刚石薄膜过程中的促石墨化作用而产生的不利影响，提高金刚石薄膜与硬质合金基底之间附着力。本文综述了等离子体技术在提高硬质合金工具表面金刚石薄膜附着力方面的研究进展。     

化学脱钻对硬质合金沉积金刚石薄膜的影响

采用HFCVD系统,以Cu4和H2为反应气体,分别在YG3、YG6、YG10、YG13硬质合金上沉积了金刚石薄膜,研究了化学脱钴处理对不同钴含量硬质合金沉积金刚石薄膜的影响。通过对105个样品的实验结果进行统计分析发现,YG3所得金刚石薄膜样品具有足够结合强度的比例为89％;而YG6、YG10和YG13所得样品的相应值分别为24％、7％和0％。相反,YG3、YG6、YG10和YG13所得金刚石薄膜严重破坏的比例分别为0％、64％、72％和79％。研究表明,化学腐蚀脱钴处理能够解决金刚石涂层形核率低的问题,但难以解决高钴硬质合金的附着性差的问题。     

CVD金刚石薄膜与硬质合金基体之间过渡层技术

介绍了有助于提高金刚石薄膜与WC-Co基体之间附着力的过渡层技术,主要包括过渡层所起的作用,设计过渡层考虑的因素,影响过渡层性能的因数,还介绍了几个有特色的例子.     

硬质合金基体腐蚀工艺对金刚石薄膜的影响

采用不同的预处理方式浸蚀YG6硬质合金基体表面,随后在热丝化学气相沉积装置上沉积了金刚石薄膜.用扫描电子显微镜、x射线衍射仪以及洛氏硬度计对样品进行了分析检测.结果表明:一步或两步浸蚀法都能抑制沉积过程中基体表面钴的不利影响.采用两步法,即Murakami剂30 min腐蚀碳化钨相,再用H2SO4:H2O2=3:7(体积比)混合酸腐蚀30 s去除钴相,基体表面粗糙,金刚石薄膜形核密度高,结晶质量较好,金刚石涂层与硬质合金基体结合良好.     

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。     

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。     

影响CVD金刚石涂层工具界面结合强度的因素及改进措施

化学气相沉积法制备金刚石涂层硬质合金工具综合了金刚石与硬质合金的优异性能,广泛应用于切削难加工材料。金刚石与硬质合金基体界面结合强度是评价金刚石涂层的一个重要性能指标。本文主要介绍了影响CVD金刚石涂层工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,同时科学论述了金刚石涂层结构的优化设计理念,以解决金刚石涂层附着强度低、表面粗糙度高等关键技术,这对如何提高硬质合金基体与金刚石涂层之间的界面结合强度具有一定的实际指导意义。     

甲烷浓度对金刚石薄膜织构的影响

采用热丝化学气相沉积法,以甲烷和氢气为反应气体,在硬质合金YG6基体上沉积了金刚石薄膜。研究了不同的甲烷浓度对金刚石织构变化趋势的影响。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对金刚石膜的表面形貌、织构形成进行了分析。结果表明:当基体温度为760℃,沉积气压为4×103Pa,甲烷浓度从1%到5%,都形成了(110)织构。但是,当甲烷浓度为3.3%时,有(100)织构。     

Ta涂层对CVD单晶金刚石焊接强度的影响

目的 提高金刚石的可焊性,促进金刚石与异质合金的连接。方法 采用双辉等离子体表面合金化(DGPSA)技术在CVD单晶金刚石表面沉积Ta涂层,然后利用Ag–Cu–Ti(Ti的质量分数为2%)钎料合金将Ta涂层单晶金刚石与硬质合金(WC–Co)在真空钎焊炉中进行焊接。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分析Ta涂层及焊后截面的物相组成、表面微观形貌、截面微观形貌、元素分布。使用万能试验机对有Ta涂层和无Ta涂层的焊后样品进行剪切断裂试验,对焊接后样品的界面结合强度进行探究。结果 在合金化温度为850 ℃下,随着沉积时间(5、15、30、60 min)的延长,Ta涂层的厚度从0.35 μm增至7.96 μm,晶粒由纳米晶转变为柱状晶,整个涂层由沉积层Ⅰ和扩散层Ⅱ组成,且在金刚石/Ta涂层界面处生成了2种力学性能良好的金属型碳化物,即TaC和Ta2C。焊接接头的剪切强度随着Ta涂层沉积时间的延长,呈先增大后减小的趋势。结论 当沉积时间为30 min时,Ta涂层的厚度为3.47 μm,与WC–Co焊接后其剪切强度达到最大值(115.6 MPa),且大于无Ta涂层焊接样品的剪切强度(75.6 MPa),证明Ta涂层对单晶金刚石的可焊性有明显的促进作用。     

YG6硼化综合处理后基体温度对金刚石薄膜的影响

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)方法,以甲烷和氢气为反应气体,在经950℃×6h硼化综合处理后的YG6(WC–6%Co)硬质合金基体上制备了金刚石膜。使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)对金刚石薄膜进行检测分析、对比,研究了基体温度对金刚石薄膜形貌和生长织构的影响,比较了硼化综合处理与二步法处理对金刚石薄膜附着性能的影响。结果表明,当沉积气压为2.67kPa,碳源浓度为3.3%时,薄膜表面形貌和生长织构随着基体温度改变有明显的变化,硼化综合处理较二步法预处理更加有效地改善了膜–基附着性能。     

电蚀抛光CVD金刚石膜的实验研究

本文提出了一种新的ＣＶＤ金刚石膜抛光技术。采用该项技术,可以高效率的完成ＣＶＤ金刚石膜的粗抛光。ＣＶＤ金刚石膜表面被预先涂覆一层导电金属,然后采用电蚀方法对该表面进行加工,使金刚石膜突起的尖峰被迅速去除。加工中金刚石表面的石墨化使电蚀加工得以不断延续。通过单脉冲放电试验已经发现涂覆层的材料对金刚石膜的加工效果有很大影响。与普通金属加工相比,金刚石膜的电蚀过程有其完全不同的特征。通过试验和分析,本文还对金刚石膜的电蚀去除机理进行了初步探讨。     

实验参数对金刚石薄膜内应力的影响研究

采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在硬质合金基体上制备金刚石薄膜涂层,采用SEM观察金刚石薄膜形貌,采用Raman光谱法分析制备的金刚石薄膜与基体的内应力。变化丝基间距、偏流、碳浓度等参数,通过测定拉曼光谱单一谱峰的位移Δω计算涂层的内应力,从而得到制备内应力较小的金刚石膜的工艺参数范围。     

金刚石涂层硬质合金刀具涂层的研究和应用进展

通过对硬质合金基体前处理,金刚石涂层形核、生长以及金刚石涂层刀具在加工高硅铝合金、特种石墨和复合材料等材料中的应用的研究分析,揭示出低的金刚石涂层与基体的结合力是涂层刀具失效的主要原因。特种石墨、高硅铝合金和复合材料具有不同的加工特性,加工对应材料所需金刚石涂层类型应有所区别,具有较高结合力的微米/纳米复合涂层是通用性较好的涂层。具有产能大、工艺稳定、刀具质量可靠、生产效率高的成套设备是未来金刚石涂层刀具生产装备的发展方向。