硬质合金金刚石涂层的附着性能

将表面低Co含量(Co含量≈0.38wt%)的硬质合金基体在微波等离子体化学气相沉积装置中进行金刚石涂层,用扫描电镜(SEM)对金刚石涂层进行形貌分析,用EDAX确定硬质合金表面Co的含量,用压痕法和划痕法评价金刚石涂层与基体间的附着性。研究结果表明:不同厚度的金刚石涂层均具有良好的晶型。虽然涂层厚度增加,但是基体表面Co含量较少,是形成涂层/基体附着性能良好的主要原因,6μm的金刚石涂层具有较好附着性能。     

钎焊金刚石耐磨涂层制备及其磨损性能

为提高农机刃具类零件的抗磨粒磨损性能,提出一种钎焊金刚石耐磨涂层制备方法,在Q235钢基体上制备了不同粒径及镀覆状态的金刚石耐磨涂层,并与65Mn钢的摩擦磨损和抗磨粒磨损性能进行对比。采用扫描电镜(SEM)对涂层表面、涂层与钢基体界面、涂层磨损后的表面微观形貌进行表征,并分析涂层的磨损规律及机理。结果表明:钎焊金刚石涂层与钢基体结合良好,金刚石在涂层中均匀分布,涂层厚度约370 μm。钎焊金刚石涂层的耐磨性优于65Mn钢的,且随着金刚石粒径减小钎焊金刚石涂层的摩擦系数降低,涂层的耐磨性增大;钎焊镀钨金刚石涂层的抗摩擦磨损和磨粒磨损性能均高于钎焊未镀覆金刚石涂层的。      

金刚石薄膜与WC-Co硬质合金结合力的改善

利用SEM,XRD研究了Murakami溶液和H2等离子体处理对硬质合金表面形貌、物相结构的影响,并对硬质合金工具进行了复合金刚石薄膜涂层,采用压痕法和实际钻削实验检测了金刚石薄膜／基体间的结合力．结果表明,微米／纳米复合金刚石薄膜涂层分布均匀,具有低的表面粗糙度,Murakami溶液处理硬质合金可产生均匀的表面沟槽,其金刚石薄膜与基体间的临界载荷约为1．5kN,而用该方法制备的涂层钻头加工性能很差,H2等离子体处理促进了硬质合金基体表面的WC晶粒更加粗大、致密,其临界载荷超过1．5kN,用该方法制备的涂层钻头的加工性能优良。     

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

渗硼+两步处理硬质合金微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

研究了固体粉末渗硼＋碱酸两步预处理硬质合金基体的表面组织、形貌、粗糙度。实施优化的微米．纳米为0．1402μm金刚石复合涂层沉积工艺，得到表面平整、光滑、平均粗糙度的优质金刚石复合涂层。该涂层与基体附着力高，压痕测试其临界载荷大于1500N，金刚石复合涂层刀具加工ZAlSi12合金试验表明其切削寿命是无涂层刀具的41倍。     

利用中间阻碍层在硬质合金上沉积高粘结强度的金刚石 …

能完全阻止钴由基体渗入表面而且大可与ＷＣ－Ｃｏ硬质合金相比的阻碍底层在本研究中取得了进展，这些底层连续无缺陷，沉积时硬质合金基体没有损坏和脱碳现象，底层上沉积 钛基中间层。对以此方法涂覆后的硬质合金基体采用特殊的激光照射工艺进行纳米晶金刚石引晶处理和用等离子体ＣＶＤ法进行金刚石涂层。引晶过程采用超声波处理，可以将石墨碳从基体表面除去。用此方法获得的金刚石涂层与基体表面粘结牢固，这是在中间层，金刚石     

纳米多晶金刚石微结构及塑性形变机制的研究进展

纳米多晶金刚石是指晶粒尺寸小于100 nm的金刚石晶粒直接结合而形成的多晶材料。石墨经高温高压直接转变合成的纳米多晶金刚石的硬度达120~145 GPa,洋葱碳直接转变合成的金刚石晶粒内含高密度孪晶,此纳米孪晶金刚石硬度达200 GPa,远超单晶金刚石的硬度。材料优良的性能源于其微观结构,揭示其塑性形变机制将利于更高性能纳米超硬材料的设计与合成。本文概述了纳米多晶金刚石微观结构及其塑性形变机制的国内外研究现状,重点介绍和评价了纳米多晶金刚石塑性形变机制的实验及理论研究,为纳米多晶金刚石材料的进一步研究和应用提供参考。      

加工氧化锆陶瓷的金刚石涂层刀具的制备及切削试验研究

使用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在硬质合金片以及球头铣刀表面沉积了微米金刚石薄膜(MCD),纳米金刚石薄膜(NCD)以及微米纳米复合金刚石薄膜(MNCD),通过扫描电子显微镜和拉曼光谱对其进行表征,结果呈现出典型的金刚石薄膜的性质,沉积质量高。金刚石薄膜与氧化锆陶瓷的摩擦磨损实验表明:金刚石薄膜能有效地降低对磨时的摩擦系数以及磨损率。使用三种金刚石薄膜涂层铣刀对氧化锆陶瓷进行铣削加工试验,结果显示:金刚石涂层刀具磨损率大幅度降低,刀具寿命显著增强。     

SiC基底HFCVD金刚石薄膜摩擦磨损性能

利用热丝化学气相沉积技术在碳化硅基底上制备微米金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和金刚石–石墨复合薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同金刚石薄膜的表面形貌和微观结构进行表征,通过摩擦磨损实验测试金刚石薄膜的摩擦系数并计算其磨损率,对比研究不同种类金刚石薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：金刚石–石墨复合薄膜具有较好的摩擦磨损性能,薄膜表面粗糙度为53.8 nm,摩擦系数为0.040,和纳米金刚石薄膜(0.037)相当;金刚石–石墨复合薄膜的磨损率最低,为2.07×10^-7 mm³·N^-1·m^-1。在相同实验条件下,同碳化硅基底的磨损率(9.89×10^-5 mm³·N^-1·m^-1)和摩擦系数(0.580)相比,所有金刚石薄膜的磨损率和摩擦系数均有明显提升,说明在SiC基体表面沉积金刚石薄膜能够显著提高碳化硅材料在摩擦学领域的使役性能。     

基于交替碳源的微纳复合金刚石涂层拉拔模的制备及应用（英文）

基于交替碳源、采用两步法将微纳复合金刚石薄膜沉积在WC-6%Co硬质合金拉拔模的内孔基体上,其中甲烷和丙酮分别用于微米层和纳米层的沉积。此外,基于甲烷制备的单层微米金刚石和基于丙酮制备的单层纳米金刚石涂层模具分别作为对照组。金刚石涂层拉拔模具的附着力和磨损率采用内孔抛光设备进行检测。与单层金刚石涂层拉拔模具相比,复合金刚石涂层模具表现出更优异的综合性能,包括比单层纳米金刚石涂层模具更高的附着力和耐磨性,以及在相同时间抛光后比单层微米金刚石涂层(R_a=95.6 nm)模具更光滑的表面(R_a=65.3 nm)。与纳米涂层模具相比,复合金刚石涂层模具的寿命提升近20倍。     

TC4合金表面纳米晶涂层的摩擦学性能研究

通过双阴极等离子技术在TC4合金表面制备了不同铬含量的纳米晶体涂层,并研究了纳米晶涂层的摩擦磨损性能。结果表明,机械用材料表面纳米晶涂层与基体结合的紧密程度与涂层组织的均匀性和致密性密切相关。纳米涂层的弹性模量以及涂层的硬度随着纳米晶涂层中铬含量的增加而增加,而磨损率和摩擦因数均降低。     

微米、纳米及微/纳米复合金刚石涂层的切削性能研究

利用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法在硬质合金上制备纳米、微米以及微/纳米复合金刚石涂层,并进行了切削对比试验。通过测试已加工材料的表面粗糙度和金刚石涂层刀具前、后刀面磨损,对比分析了不同金刚石涂层的切削性能,同时总结了CVD金刚石涂层刀具的失效形式及机理。结果表明:纳米金刚石涂层刀具切削加工后的表面粗糙度值最小,Ra=0.942μm;微米金刚石涂层刀具切削加工表面粗糙度值最大,Ra=1.631μm;纳米涂层刀具的后刀面磨损最大,约为微米涂层的2倍,复合涂层的5倍;微/纳米复合金刚石涂层刀具膜/基结合力高,前、后刀面的金刚石涂层没有出现脱落,且刀具的磨损量较少;金刚石涂层刀具的主要失效形式是涂层的过早脱落,其失效主要是由金刚石涂层的残余应力大、涂层化学纯度低、内部产生微裂纹多,以及切削时表面粗糙度高、切削力大和刀具积屑瘤普遍等原因引起的。     

温度和厚度对纳米金刚石涂层残余应力的影响

目的通过改善液相等离子喷涂制备纳米金刚石涂层的工艺参数,提高纳米金刚石涂层的显微硬度与结合强度。方法利用Ansys有限元软件对纳米金刚石涂层中的残余应力进行数值模拟。建立纳米金刚石涂层的有限元分析模型与热传导方程,探讨了涂层的厚度与降温速度对纳米金刚石涂层残余应力的影响。通过扫描电子显微镜对制备的纳米金刚石涂层表面进行分析,并且利用显微硬度计和表面划痕仪测定纳米金刚石涂层的显微硬度和结合强度。结果纳米金刚石涂层的主应力为拉应力,涂层的最大主应力随着厚度的增大而具有先增大、后减小、再增加的特点。随着涂层厚度的增加,涂层的最大剪应力由涂层表面转移到涂层界面,其值先减少,后保持稳定。涂层整体、涂层界面和涂层表面的最大主应力与最大剪应力,随涂层温度的升高而呈线性递减的趋势。纳米金刚石涂层的主应力集中在涂层的四周,而涂层的剪应力分布在涂层表面。纳米金刚石涂层表面较光滑,由大量纳米级的细小扁平颗粒紧密排布而形成。结论采用适当的工艺参数制备出厚度为0.1 mm的纳米金刚石涂层,其显微硬度和结合强度分别约为150HV和9 N。     

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。     

CVD金刚石薄膜及膜-基界面形态

采用直流等离子体财流CVD法在硬质合金基体上沉积了多晶金刚石薄膜,借助XRD、Raman光谱、SEM和EPMA等对金刚石薄膜及膜-基界面的结构、形貌和成分进行了研究.结果表明,结晶度高的刻面型金刚石薄膜质量、纯度较好,膜-基界面处较致密,机械锚固作用明显,结合性能较好沉积前后基体表面形貌变化很大,存在数十微米厚的脱钴-等离子体刻蚀层,等离子体刻蚀导致脱钻表面更加凹凸不平,为金刚石形核提供了有利条件.     

滚轮表面TiAlSiN涂层制备及失效机理研究

目的通过对滚轮表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层,提高滚轮的综合工作性能。方法采用阴极电弧离子镀膜技术在滚轮工作面及高速钢试样表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层。通过X射线荧光测量系统测量涂层厚度,采用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面特征和形貌,采用能谱仪(EDS)对涂层元素的成分进行分析,通过纳米压痕仪及洛氏硬度计对涂层的硬度及膜基结合力进行测定和分析。结果滚轮表面1.97μm厚的TiAlSiN涂层的Si原子数分数为4.21%,其显微硬度为37.69 GPa,涂层与基体的膜基结合力符合VDI-3198工业等级的HF3,呈现出较强的膜基结合力。经生产线上滚压机实际成形加工验证,涂层后滚轮的工作寿命是未涂层滚轮的5倍,滚轮具有强度高、耐磨损、抗氧化、耐腐蚀、粘附性降低等特性,显著改善了磨损、剥落、疲劳裂纹、缠辊、粘滚等现象。结论在滚轮表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层,能显著提高滚轮的综合工作性能。     

医用钛合金表面纳米晶TiN梯度涂层的显微组织及腐蚀磨损性能（英文）

采用磁控溅射方法在Ti6Al4V钛合金表面制备纳米晶TiN梯度涂层,研究涂层的显微组织和力学性能,并对涂层和Ti6Al4V合金基体在生理环境中的电化学腐蚀行为和腐蚀磨损性能进行比较。结果表明:纳米晶TiN的梯度分布有利于释放涂层中的内应力,使粘附强度增加到90 N。致密的结构和细化的晶粒使涂层表面纳米硬度达到28.5 GPa,纳米晶TiN涂层的防腐蚀效率达到96.6%。与Ti6Al4V合金基体相比,纳米晶TiN涂层的耐腐蚀磨损性能提高了100倍。纳米晶TiN梯度涂层具有良好的化学稳定性和较高的H~3/E~2比(H为硬度,E为弹性模量),是改善耐腐蚀性能和抗磨损性能的主要原因。     

超细纳米晶金刚石涂层

机械泵的密封通过采取纳米金刚石涂层连续膜可有效地改善其密封的可靠性和工作寿命,这是美国阿贡国家实验室最近的一项发明。这种连续膜是由粒径2～5nm的金刚石颗粒所组成,纳米晶金刚石可以沉积到许多种材料的表面上,它是现有最硬的涂层具有特别低的摩擦系数和很好的表面粘附性。在众多可能的应用中,最适合用作移动部件的低摩擦涂层。     

金刚石薄膜涂层钻头加工高硬度钢的实验研究

为提高金刚石薄膜涂层的韧性，避免金刚石薄膜涂层脆性断裂，以自贡硬质合金厂生产ZK-10型号硬质合金钻头为基体，采用厚度大约为3μmTiC作为过渡层，在表面涂覆4μm～5μm厚度的金刚石薄膜制成金刚石薄膜涂层钻头。用于加工硬度为HRC61的经热处理的GCrl5钢板，分别与未涂层硬质合金钻头、TiC-TiN涂层钻头对比，结果表明，金刚石薄膜涂层钻头由于加工速率高，摩擦发热量少，有效地避免了铁元素在高温下将金刚石转化石墨的作用，结果使用寿命比未涂层硬质合金钻头提高10倍以上，同TiC-TiN涂层钻头相比，初期加工性能明显优越，加工速率成倍数提高．但使用过程中，性能衰减更快，导致总体使用寿命同TiC-TiN涂层钻头相差不大。在表面喷砂处理中，金刚石薄膜涂层大部分易于脱落，剩余部分呈岛状分布，说明金刚石薄膜与基体的结合力分布很不均匀，这可能与金刚石薄膜的形核过程密切相关。     

CVD金刚石涂层工艺对硬质合金立铣刀铣削CFRP性能的影响

传统硬质合金刀具铣削碳纤维复合材料（CFRP）时磨损严重,需在其上沉积金刚石薄膜涂层。在相同的硬质合金立铣刀基体上,改变沉积工艺,获得3种分别覆有粗晶、细晶和复合晶等不同CVD金刚石薄膜的刀具。用扫描电镜观察分析3种涂层的表面形貌。在相同条件下,用3种刀具切削CFRP并分析其刀具磨损机理。结果表明:复合晶工艺的金刚石涂层硬质合金立铣刀耐磨性最好、使用寿命最长,约为粗晶金刚石涂层铣刀的1.35倍、细晶金刚石涂层铣刀的1.59倍,更适合于CFRP材料的铣削加工。