国内首个瑞士金刚石涂层服务中心或将成立

金刚石涂层是一个新兴的高技术领域,十二五规划中明确指出：开发复合材料系列化刀具以及专用金刚石涂层整体硬质合金刀具为科技重大专项。目前,CVD金刚石涂层技术已经日趋成熟,国外已经有多家以CVD金刚石涂层刀具技术进行研发和生产的公司,虽然CVD金刚石涂层刀具在国外已经被广泛应用到了实际生产当中,但是在我国还无法进行优质生产。CVD金刚石薄膜替代天然金刚石能够降低生产成本,其诸多的优势将会是未来我国发展的重点,也将会是刀具行业突破的重心。     

可提高有色金属表面加工精度的新型细晶粒金刚石涂层工具

尽管金刚石涂层刀具具有许多独一无二的特性,但是由于金刚石晶粒粗大,容易造成刀具表面粗糙,所以阻碍了其在精细加工领域的应用.文章开发了一种金刚石晶粒细小的新型金刚石光滑涂层,刀具表面粗糙度最大值小于1μm.采用这种涂层的立铣刀具进行了一系列有色金属切削测试,通过观察发现,精加工后的器件表面粗糙度最大值小于1μm,获得了和使用无涂层硬质合金立铣刀表面粗糙度一样的加工效果.并且,没有对表面涂层的耐磨性和刀具使用寿命产生任何影响.     

涂层技术及刀具涂层知识

1,氮碳化钛（TiCN）涂层比氮化钛（TiN）涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量,使TiCN涂层的硬度提高了33%,其硬度变化范围约为Hv3000~4000（取决于制造商）。2,CVD金刚石涂层：表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟,与PVD涂层刀具相比,CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10~20倍。金刚石涂层刀具的高硬度,使得切削速度可比未涂层的刀具提高2~3倍,使CVD金刚石涂层刀具成为有色金属和非金属材料切削加工的不错选择。3,刀具表面的硬质薄膜对材料有如下要求：1硬度高、耐磨性能好;2化学性能稳定,不与工件材料发生化学反应;3耐热耐氧化,摩擦系数低,与基体附着牢固等。单一涂层材料很难全部达到上述技术要求。     

热爆反应在金刚石表面形成TiC、SiC和Ti3SiC2的多元陶瓷涂层

采用Ti/Si/碳黑/Al/金刚石粉体为原料,通过热爆反应,在金刚石颗粒的表面形成了陶瓷涂层。采用XRD和SEM分析观察了金刚石颗粒表面涂层的物相组成和显微形貌。结果表明：热爆反应后基体的组成为Ti₃SiC₂和TiC。添加金刚石对基体的物相组成影响很小。在原料中添加10%～40%的金刚石均可使反应后得到的金刚石表面具有良好的涂覆。反应后在金刚石表面形成了以TiC、SiC和Ti₃SiC₂的多元陶瓷涂层。     

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村底之间的附着强度.研览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.     

我国纳米金刚石复合涂层实现了产业化

由上海交通大学承担的863纳米材料专项课题“纳米金刚石复合涂层的应用与产业化”超额完成了合同规定的指标并实现产品的产业化。该课题采用化学气相沉积法（CVD）,在硬质合金拉拔模具内孔和其他耐磨器件表面涂覆纳米金刚石复合涂层,研究得到了制备纳米金刚石涂层的成熟工艺,完成了纳米涂层结构和性能检测工作,利用纳米金刚石复合涂层技术研究开发出各种涂层拉拔模具和耐磨器件产品,解决了涂层附着力、均匀涂覆和涂层表面光洁度等关键技术问题,产品技术性能达到了国际先进水平,已经广泛应用于电力、通讯、建材、机械加工等行业所需的拉拔模具和耐磨器件,具有广阔的市场应用前景。     

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。     

利用燃烧火焰CVD工艺在Mo大气喷涂不锈钢基底上合成金刚石

将硬质材料颗粒弥散到热喷涂层是改善其性能的有效途径.但是,颗粒弥散工艺存在程序复杂、处理时间长、平均密度分布不均等缺点,需要探索更为简便和复现性好的工艺.为了开发简便涂层-硬质颗粒复合工艺,利用燃烧火焰CVD工艺在Mo大气喷涂不锈钢基底上进行金刚石合成.金刚石合成条件为氧流量为1.25SLM、乙炔流量为1.45SLM、基底温度为1423～1473K.合成金刚石后,对涂层进行X射线衍射分析、光学显微镜观察和磨损试验.结果证实,在大气热喷涂不锈钢基底上可以合成出金刚石,Mo 大气热喷涂层的耐磨性可通过涂层上的金刚石合成得到改善.此外,对于滚筒形基底也能合成出金刚石.根据这些结果,发现该工艺对于涂层和硬质颗粒的复合化和圆筒形基底上的金刚石合成具有很大潜力.文章提供了该工艺应用的有益信息.     

纳米金刚石在航空航天和卫星中的应用

几家公司和研究小组正在研究用于航空航天和卫星应用的纳米金刚石。芬兰纳米金刚石制造商Carbodeon就是这样的一家公司。Carbodeon生产用于航空航天和卫星工业的纳米金刚石涂层。他们的涂层被应用于涡轮叶片和火箭喷嘴以提高它们的性能。Carbodeon的纳米金刚石涂层已被证明可以提高组件的耐用性和耐磨性,并增强导热性。     

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TiN、TiAlN和AlN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,TiAlN涂层金刚石刀具磨损的减少高达50%.     

国内首个类金刚石涂层生产基地启动

金属气相沉积（超硬涂层）产品的供应商瑞士爱恩邦德（IonBond）于2006年底启动了在中国市场上的类金刚石涂层（DLC）的生产，以满足更多高端市场需求。这是国内首家可生产类金刚石涂层的基地。     

切削刃优化的高性能金刚石涂层钻头

近年来,在汽车工业中铝的加工量不断增加,相应地要求刀具能有效地完成这种加工.加工高硅铝合金需要金刚石涂层刀具这类高耐磨性切削刀具.高硅铝合金在铝基体中含有弥散的硅颗粒,从而造成刀具迅速磨损.但是,切削刃的金刚石涂层由于机械性碰撞硅颗粒而容易发生剥离.基于减少金刚石涂层中应力这一新理念,试图改变切削刃形状和金刚石膜厚,优化涂层钻头的结构.选择修磨形状和螺旋角作为优化钻头形状的参数.具有修磨负角和20°螺旋角的钻头表现出最好的耐用性能.根据上述结果,重新开发出一种结构优化的金刚石涂层钻头.对于钻削硅含量12～23%的高硅铝合金,其性能看来是令人满意的.     

新型锯片刀头——金刚石涂层刀头问世

金刚石涂层刀头是利用化学气相沉积方法，以氢气、碳源气体等做原料，在低于1000摄氏度和小于一个大气压的条件下，在硬质合金刀头表面直接沉积和基体结合良好的纯金刚石薄膜涂层；此产品既有表面金刚石最好的硬度和耐磨性，又具有硬质合金基体良好的抗冲击韧性，性能价格比高，应用范围广，是锯片刀头产品的一次伟大革命。     

复合金刚石薄膜涂层铝塑复合管拉拔模的制备及应用(下)

选取一种新型的高性能三层复合金刚石薄膜,即硼掺杂微米-未掺杂微米-未掺杂纳米复合金刚石(boron-doped micro-crystalline,undoped micro-crystalline and undoped nano-crystalline composite diamond,BDM-UM-UNCD)薄膜作为铝塑复合管拉拔模具内孔工作表面的耐磨减摩保护涂层,该薄膜具有优异的综合性能。表征结果表明,采用仿真优化的沉积参数在该拉拔模具整个内孔表面沉积了厚度较为均匀(19~24μm)的复合金刚石薄膜,尤其是在主要的工作区域沉积了厚度均匀、质量优异的复合金刚石薄膜;采用机械抛光可以便利地将内孔薄膜抛光到Ra~45nm的表面粗糙度以下。油润滑及水润滑条件下拉拔铝塑复合管的应用试验结果表明,相比于未涂层及其他类型金刚石薄膜涂层拉拔模具而言,该复合金刚石薄膜涂层模具具有很长的使用寿命,并且表现出极佳的应用效果。     

复合金刚石薄膜涂层铝塑复合管拉拔模的制备及应用(上)

选取一种新型的高性能三层复合金刚石薄膜,即硼掺杂微米-未掺杂微米-未掺杂纳米复合金刚石(boron-doped micro-crystalline,undoped micro-crystalline and undoped nano-crystalline composite diamond,BDM-UM-UNCD)薄膜作为铝塑复合管拉拔模具内孔工作表面的耐磨减摩保护涂层,该薄膜具有优异的综合性能。表征结果表明,采用仿真优化的沉积参数在该拉拔模具整个内孔表面沉积了厚度较为均匀(19~24μm)的复合金刚石薄膜,尤其是在主要的工作区域沉积了厚度均匀、质量优异的复合金刚石薄膜;采用机械抛光可以便利地将内孔薄膜抛光到Ra~45nm的表面粗糙度以下。油润滑及水润滑条件下拉拔铝塑复合管的应用试验结果表明,相比于未涂层及其他类型金刚石薄膜涂层拉拔模具而言,该复合金刚石薄膜涂层模具具有很长的使用寿命,并且表现出极佳的应用效果。     

溶胶-凝胶法在金刚石表面涂覆铝-硅-硼氧化物涂层的研究

采用溶胶-凝胶法在金刚石表面涂覆了铝-硅-硼氧化物涂层,并用扫描电子显微镜、综合热分析仪和抗压强度仪对涂层的彤貌、结构以及涂膜前后金刚石的氧化行为和单颗粒金刚石的抗压强度进行了表征.结果表明:所制得的涂层在金刚石颗粒表面分布较均匀,结构致密,可将金刚石颗粒的起始氧化温度提高100℃左右,并能有效地延缓金刚石在高温环境下的氧化速度,同时还可以提高金刚石单颗粒抗压强度约22.75%.     

上海交大CVD膜技术应用进展

上海交通大学把CVD金刚石薄膜制备技术应用于拉拔模具，不仅攻克了涂层均匀涂覆、附着力等关键技术，而且解决了金刚石涂层抛光这一国际性难题，就此他们申请了“大孔径金刚石涂层拉拔模的制备方法”等5项国家发明专利，其中3项已获得了授权。     

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.     

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。     

金刚石工具胎体材料机械性能的概述

金刚石具有高硬度、高强度、高耐磨性等一系列优异特性,被广泛地用来制备金刚石工具.金刚石工具工作寿命和性能的一个重要指标就是金刚石在金刚石工具中的把持强度,其在实际工作中的使用效果在很大程度上取决于胎体材料的性能.文章从固结温度、掺杂、金刚石表面涂层等几个方面对胎体材料机械性能的影响进行了概述,其中包括硬度,屈服强度,弯曲强度和冲击强度.最后指出了金刚石工具胎体材料性能研究存在的问题,并提出了解决对策,为胎体材料的设计提供了理论指导.