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硬质合金刀具基体上金刚石涂层的制备及其附着性能的研究（原版论文）.pdf 102页
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郑州大学 博士学位论文
硬质合金刀具基体上金刚石涂层的制备及其附着性能的研究 姓名：杨仕娥 申请学位级别：博士 专业：凝聚态物理 指导教师：张兵临
摘 要 以硬质合金为基体的金刚石涂层刀具，具有硬度高、抗冲击性能好、刀具寿
命长、刀具形状随意及成本低等优点，在切削非铁材料如铝硅合金、陶瓷及各种
复合材料等领域具有广阔的应用市场。金刚石涂层在硬质合金刀具基体上的附着
力过低是CVD金刚石涂层刀具商品化进程的最大技术障碍。如何提高金刚石涂
层在刀具基体上的附着力是当前急待解决的问题。
硬质合金 WC．6％Co 刀具基体上沉积金刚石涂层。通过优化金刚石涂层的沉
积条件及采用新的基体表面预处理工艺，较大幅度地提高了CVD金刚石涂层在
刀具基体上的附着力。
1．金刚石涂层沉积工艺的优化 通过研究甲烷浓度和基体温度等沉积条件对CVD金刚石涂层附着性能的 影响，我们发现，金刚石的形核密度、金刚石膜的质量尤其是膜／基界面上非 金刚石相的含量以及金刚石膜内的残余应力对金刚石膜，基附着力有重要影 响：在其它沉积条件相同的情况下，甲烷浓度为0．8％，基体温度为800℃时， 硬质合金基体上金刚石涂层的附着性能较好；采用分步沉积法，即在金刚石 形核和生长阶段分别采用不同的沉积条件，可在提高金刚石形核密度的同时， 保证CVD金刚石涂层的质量，通过分步优化沉积工艺，可使硬质合金刀具基 体上金刚石涂层的临界载荷超过60kgf。J
2．Mo离子注入对金刚石涂层附着性能的影响 在硝酸溶液浸蚀脱Co的基础上，采用Mo离子注入工艺对硬质合金基体 表面进行预处理，压痕实验的结果表明，经Mo离子注入过的硬质合金基体表 面，CVD金刚石涂层的附着力均有一定程度的提高。注入到硬质合金基体表 层中的Mo离子可起到以下两个方面的作用： 1 与基体表层中的粘结相Co 结合，形成稳定的CoMoO。化合物，从而抑制Co对CVD金刚石涂层附着力 的不利影响； 2 在金刚石膜，基界面间引入Mo，C化学键。
3．在金刚石膜与硬质合金基体间沉积Ti和Ti／TiN,中间过渡层 采用反应磁控溅射法在硬质合金基体表面涂敷Ti和Ti／TiN。薄膜 厚度 约为O．05I|tm 作为中间过渡层，研究了中间层的引入对金刚石的形核密度、 金刚石涂层的质量及其附着力的影响。结果发现，涂敷中间层后，CVD金刚 石的形核密度提高了约3个数量级；在经酸浸蚀脱Co但未涂敷中间层的试样 中，金刚石膜／基界面上存在大量的石墨成分，其金刚石膜的附着机制以机械 锁合为主；Ti和硎N。中间层可在一定程度上阻挡基体中粘结相Co的扩散， 同时，还可在金刚石膜／基界面间引入Ti．C化学键：在酸浸蚀脱co的基础上， 在硬质合金基体表面涂敷Ti和TiffiN。中间层，可使CVD金剐石涂层的临界 载荷超过100kgf。 在金刚石涂层与硬质合金刀具基体间设计适当的中间过渡层，可能是提 高CVD金刚石涂层附着力的最有效途径。 Abstract carbide toolshave in cemented Diamond-coated cutting great potentialapplications non—ferrousmaterialssuchasA1一Si and efficaciously alloys．ceramics
machining their
various materialsbecauseof
high composite hardness，goodtoughness，long andlow adhesionofdiamond to
lifetime，free shape price．However，poor coatings toolsone to
cementedcarbide is
enolTnous obstaclethe curing technological wildly ofthediamond
commercial coatedtoolinserts．Howto the applications improve ofthe on the
adhesiondiamond toolsis
basic thathastobe coatings curing problem
solved today． Inthe were onthe work，diamond cobalt-cemented present coatingsdeposited carbide WC一6％Co toolinserts
tungsten microwave by plasma CVD MPCVD method．We the ofdiamond adhesion t
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