金刚石薄膜在硬质合金基体上的生长及附着强度研究

硬质合金是制作金刚石薄膜涂层刀具的重要基体材料,金刚石薄膜在硬质合金基体上的成核、生长及界面特征直接影响其附着强度.本文通过扫描电镜、X射线衍射分析、X射线光电子谱(XPS)及断续切削实验,研究了硬质合金基体含Co量对金刚石薄膜成核、生长及附着强度的影响.研究结果表明,经酸洗处理后,硬质合金基体含Co量对金刚石薄膜成核、生长没有太大影响.但对其附着强度有很大影响.含Co量越高,附着强度越低.酸腐蚀去Co处理后基体表面变得疏松、不连续非金刚石碳界面的存在及热膨胀系数较大是含Co量较高时,附着强度下降的主要原因.     

沉积温度对硬质合金表面MPCVD法制备SiC过渡层的影响

采用MPCVD法,以氢气和四甲基硅烷为先驱气体,YG6硬质合金刀片为基体材料,在不同沉积温度下制备了SiC涂层;并选用致密连续且附着性能优良的SiC涂层作为过渡层制备金刚石涂层.使用场发射扫描电镜、能谱仪和掠X射线衍射仪对SiC涂层和金刚石涂层的形貌和组成进行了分析,并对SiC涂层和金刚石涂层的附着力进行测试.结果表明,随着沉积温度升高,SiC涂层先由团聚在一起的β-SiC微晶相先转变为颗粒状和片状β-SiC,进而转变为团聚在一起的非晶态的SiC晶须;SiC涂层的厚度呈递增、致密度呈现先增强后减弱、表面粗糙度整体呈现先减小后增大、附着力呈先升高后降低的趋势.沉积温度为800℃时制备的片状SiC涂层与硬质合金基体有着良好的结合强度,将其作为过渡层时,能够在硬质合金表面制备出均匀、连续、致密的且附着力良好的金刚石涂层.     

基于电沉积过渡层沉积CVD金刚石薄膜的研究

在硬质合金的Cu、Ni、Cr电沉积过渡层上采用热丝CVD法沉积出金刚石薄膜.利用SEM和Raman对金刚石薄膜进行了研究,对影响膜基结合强度的因素进行了分析,利用压痕法对金刚石薄膜与基体的结合强度进行了检验.结果表明,在Cr过渡层上沉积的金刚石薄膜的质量和膜基结合性能较好,优于在Cu、Ni过渡层上沉积的金刚石薄膜的质量和膜基结合性能.     

氧等离子体处理硬质合金表面对金刚石薄膜附着性能的影响

本文采用微波氧等离子体刻蚀硬质合金基体表面,再利用热的浓碱溶液清除硬质合金表面所形成的氧化物,通过扫描电镜(SEM)观察了试样表面情况,并通过X射线能谱(EDAX)分析了硬质合金表面各成分变化情况.经过预处理的试样采用热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜,对所沉积出的金刚石薄膜采用SEM观察及压痕测试,发现经过氧等离子体处理的金刚石刀具较两步酸蚀法处理过的金刚石薄膜涂层,其附着性能有较大提高.     

硬质合金表面去钴和脱碳对金刚石薄膜粘结性能的影响

金刚石涂层的粘结性能是影响CVD金刚石薄膜涂层刀具使用寿命的关键因素.本文分别对硬质合金(YG6)表面进行酸蚀去钴和原位脱碳两种不同的预处理后,在热丝CVD系统中沉积金刚石薄膜,运用压痕试验评价金刚石薄膜与硬质合金基体的粘结性能.结果表明,经过原位脱碳预处理的硬质合金表面上金刚石涂层的粘结性能比酸蚀去钴法提高了近一倍;同时分析了硬质合金表面酸蚀去钴对金刚石薄膜粘结性能的影响及其剥离机制,并讨论了硬质合金表面原位脱碳的化学机制.     

基于离子渗铌过渡层的金刚石刀具涂层结合性能研究

对含钴量10wt;的硬质合金刀片进行酸碱两步法预处理后采用双辉离子渗技术在表面渗铌过渡层,采用热丝化学气相沉积金刚石涂层.通过SEM、Raman等手段表征涂层形貌和质量,用压痕法检测膜基结合性能,研究了该预处理方法对金刚石生长及其结合性能的影响.结果表明,相比传统的过渡层制备方法,双辉离子渗技术具有更大的优势,铌过渡层填补了酸碱两步法产生的孔隙,在高温作用下向基体内部扩散并浸润WC颗粒,与基体结合紧密,减小了疏松层厚度,同时阻挡了Co的扩散,提高了形核密度并细化了金刚石晶粒,涂层质量和膜基结合性能得到改善.     

硬质合金金刚石涂层工具基体真空渗硼预处理技术研究

研究了真空渗硼预处理硬质合金基体的表面组织、形貌、粗糙度,并在处理过的硬质合金基体上,用强电流直流伸展电弧等离子体CVD法沉积金刚石薄膜涂层.结果表明,真空渗硼预处理不仅可以有效地消除或控制钴在金刚石沉积时的不利影响,而且还显著粗化硬质合金基体表面.因此,提高了金刚石薄膜的质量和涂层的附着力,其临界载荷值达到1500N.     

过渡层对纳米非晶碳薄膜场发射性能的影响

采用微波等离子体化学气相沉积法在经研磨处理后的Si(111)面上制备出了纳米非晶碳薄膜.为改善薄膜的场发射性能,在研磨好的Si基底上运用直流磁控溅射法沉积了一层金属过渡层.本文分别选择三种常见金属:钛(Ti)、鉬(Mo)、镍(Ni)来作对比试验.结果发现用钛作为过渡层时薄膜场发射效果最好,主要表现为开启电场低,同一电场下发射电流大,发射点密度较大且分布均匀等.利用迭代法计算了钛作为过渡层时制备的纳米非晶碳薄膜的有效发射面积和功函数.     

硬质合金上沉积金刚石膜提高粘结力的研究

在基底涂覆巴基管的条件下，采用热线法以三种不同的工艺方法生长出与硬质合金具有好的结合力的金刚石薄膜。用Ｘ射线衍射，扫描电镜和拉曼光谱检查了不同工艺生长的金刚石膜的质量；用洛氏硬度压痕法估计了膜与基底的结合力。     

点接触加载条件下金刚石薄膜的破坏行为

本文利用软压头技术,探讨了金刚石薄膜材料在点接触加载条件下的破坏形式以及外加应力与薄膜破坏之间的关系.     

硬质合金CVD金刚石涂层工具衬底前处理技术研究

本研究采用KOH:K3[Fe(CN)6]:H2O和H2SO4:H2O2两种溶液浸蚀硬质合金衬底,分别选择刻蚀WC和Co.并在浸蚀过的硬质合金衬底上,用强电流直流伸展电弧等离子体CVD法沉积金刚石涂层.研究表明,两步混合处理法不仅可以有效的去除硬质合金基体表面的钴,而且,还可显著粗化硬质合金衬底.因此,提高了金刚石薄膜的质量和涂层的附着力.     

不同压力下硬质合金表面微波等离子体化学气相沉积SiC涂层规律性的研究

以氢气和四甲基硅烷作为先驱气体,采用微波等离子体化学气相沉积法,不同沉积压力条件下、在YG6硬质合金表面制备了的SiC涂层.利用SEM、EDS、XRD、划痕测试法对SiC涂层的表面形貌、相组成和附着力进行了分析.实验结果表明,在较低的压力下,SiC涂层为胞状的纳米团聚物,且胞团的尺度随压力的升高而变小;随着压力的升高,胞状SiC开始并最终全部转变为片层状SiC,并在此过程中伴随着颗粒状Co2Si的形成与长大;随着压力的继续升高,片层状SiC开始转变为须状SiC.胞状SiC向片层状SiC的转变会使涂层致密度提高,而涂层对硬质合金衬底的附着力也会随之增强;Co催化作用的上升引起的片层状SiC向须状SiC的转变会导致SiC涂层的附着力明显降低.以具有片层状特征的SiC作为过渡层,可在未经去Co酸蚀预处理的硬质合金衬底上制备出具有较好附着力的金刚石涂层.     

渗硼并两步处理硬质合金微晶金刚石涂层工具研究

研究了固体粉末渗硼并碱酸两步处理预处理硬质合金基体的表面组织、形貌、粗糙度,并在处理过的硬质合金基体上,用强电流直流伸展电弧等离子体CVD法沉积微晶金刚石薄膜涂层.进一步的涂层质量表征,附着力测试及切削实验研究结果表明,这种涂层质量高、附着力好(压痕测试临界载荷大于1500N).金刚石涂层工具的切削加工性能明显优于无涂层硬质合金工具.在加工ZAlSi12合金时,微晶金刚石涂层车刀片、铣刀片的切削寿命是无涂层车刀片、铣刀片切削寿命的32倍和26倍.     

合成CVD金刚石涂层用硬质合金基体预处理工艺优化研究

以CH3COCH3和H2为反应气源,采用热丝CVD法在经过两步法和三步法预处理的YG6硬质合金(WC-6wt;Co)基体上沉积金刚石涂层.利用扫描电子显微镜和能谱仪分析检测预处理后的YG6基体的表面形貌和钴含量,通过对比三步法与两步法的预处理结果确定三步法最佳工艺.利用扫描电镜、X射线衍射仪和硬度计检测所得金刚石涂层的表面形貌、结晶性和膜基结合性.结果表明:三步法最佳工艺为先采用酸溶液腐蚀20 s,然后采用碱溶液腐蚀20 min,最后继续用酸溶液腐蚀3 min.三步法预处理后的YG6基体获得的金刚石薄膜生长更加均匀致密,晶粒取向更高,膜基结合性能更好.     

用镀有钛过渡层的钼衬底制备无裂纹自支撑金刚石膜

为了解决金刚石膜脱膜开裂的问题,尝试了一种复合衬底,即镀有钛过渡层的钼衬底.利用直流等离子体喷射法在复合衬底上制备了不同厚度无裂纹的自支撑金刚石膜.用扫描电镜(SEM)、拉曼谱和X射线衍射表征金刚石膜的特征,并检测了其断裂强度.结果表明,用复合衬底制备的金刚石膜在950℃具有最小半高宽,在实验温度下所获得的金刚石自支撑膜的断裂强度均超过了500MPa.