金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响

目的研究不同金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响。方法利用超音速激光沉积技术制备金刚石/Cu复合涂层。采用扫描电镜和摩擦磨损测试对涂层的显微组织结构和磨损性能进行了分析,用激光闪烁法测量复合涂层的热导率。结果金刚石均匀分布在复合涂层中,原始粉末中金刚石体积分数从30%增加到50%时,复合涂层中金刚石颗粒的面积占比仅从14.01%升至16.79%,远低于金刚石颗粒在原始粉末中的含量。400目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为296 W/(m·K),摩擦系数为0.551;800目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为238 W/(m·K),摩擦系数为0.545。结论原始粉末中金刚石配比的增加并未对复合涂层中金刚石含量的提升有显著作用。金刚石/Cu复合涂层的热导率随着增强相颗粒含量的增加而降低,随着增强相颗粒粒径的增大而提高。不同粒径金刚石颗粒的添加能显著降低Cu涂层的摩擦系数,且小粒径金刚石颗粒的添加使复合涂层的摩擦系数更低和更稳定,从而使其具有更小的磨损量和磨痕宽度,表现出较优的耐磨损性能。

电泳共沉积法制备金刚石/Al_(2)O_(3)/玻璃复合涂层的工艺

以304不锈钢为基体,采用电泳共沉积法制备复合涂层,并通过烧结方式实现涂层在基体的固化。研究电泳共沉积过程中不同悬浮液组成、沉积电压、沉积时间和Al^(3+)质量分数等因素对涂层性能的影响,对涂层进行微观结构表征和力学性能测试,并使用该工艺制备抛光盘,用于蓝宝石的抛光。结果表明:当沉积电压为50 V,沉积时间为6 min,添加质量分数为0.10%的Al^(3+)时,可获得光滑、均匀的金刚石/Al_(2)O_(3)/玻璃复合涂层;复合涂层经450℃烧结3 h后,表面致密均匀,硬度达521 HV,复合涂层的耐磨性、与基体的结合强度均良好;使用抛光盘对蓝宝石进行抛光,可将表面粗糙度降低90.2%。

不同电流密度下电沉积金刚石增强镍基复合涂层的微观结构与耐磨性能

采用电沉积技术在1,2,5,10 A·dm^(-2)电流密度下制备金刚石增强镍基复合涂层,研究了复合涂层的微观结构和耐磨性能;通过COMSOL软件对阴极表面镍晶粒生长情况进行仿真,分析了不同电流密度下金刚石颗粒对复合涂层微观结构的优化作用。结果表明:在1,2 A·dm^(-2)电流密度下复合涂层的结构致密均匀,金刚石含量较多,随着电流密度的增大,金刚石含量减少,涂层表面出现金字塔结构;复合涂层呈现出明显的[200]丝织构,随着电流密度的减小,织构强度降低,晶粒尺寸减小。小电流密度下更多金刚石颗粒的沉积阻碍了其底部镍晶粒的生长,且金刚石颗粒周边较高的电流密度使得金刚石对镍晶粒的细化作用加强。在干摩擦的条件下,随着电流密度的增大,复合涂层的稳定摩擦因数和磨痕尺寸增大,磨粒磨损程度增大,耐磨性能降低;当电流密度为1 A·dm^(-2)时,复合涂层的稳定摩擦因数最小,磨痕深度和宽度最小,耐磨性能最好。

用于碳纤维复合材料钻削的金刚石涂层刀具制备及结构优化

本文针对传统硬质合金涂层刀具钻削碳纤维复合材料(CFRP)使用寿命短、加工后工件易产生毛边等缺陷、孔加工粗糙度波动大的问题,制备并对比了不同涂层结构和不同刃口结构的金刚石涂层刀具的加工性能。结果表明,利用金刚石涂层刀具进行CFRP材料的钻削加工时,微晶金刚石(MCD)/纳米金刚石(NCD)复合结构比单一MCD涂层结构的耐磨性更好,使用寿命更长;通过减小钻头倒锥、钻尖角,增大槽前角、钻尖容屑槽前角和背宽优化刃口结构后,金刚石涂层刀具加工孔径粗糙度平均值显著降低,粗糙度极差由4.105µm下降至0.848µm。

新型CVD金刚石涂层刀具铣削高性能各向同性石墨研究

利用自主研发的新型CVD金刚石复合涂层刀具对自行研制的高密高强各向同性石墨材料进行了铣削加工试验,对比测试了新型CVD金刚石复合涂层刀具与PCD刀具的切削性能。试验结果表明,PCD刀具铣削加工25min其后刀面磨损已超过磨钝标准0.3 mm,新型CVD金刚石复合涂层刀具加工到45 min时,其后刀面磨损量仅为0.25 mm,这说明新型CVD金刚石复合涂层刀具高速铣削石墨时表现出良好的耐磨性和使用寿命,可以适应高性能各向同性石墨的加工需求。铣削加工试验还发现新型CVD金刚石复合涂层刀具加工的石墨表面质量在初期不如PCD刀具,但在更长时间加工情况下,其加工表面质量优于PCD刀具。

非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层结构及性能

为提升硬质合金的硬度和耐磨性,改善其与金刚石涂层的结合强度,先用双辉等离子表面合金化技术在其表面制备Ta金属层,再用化学气相沉积法对Ta金属层进行碳化-沉积复合处理,制备出非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层。研究了源极与工件极电位差对金属层的影响以及复合涂层的结构与性能。结果表明:制备的金属层均由连续致密的胞状α-Ta组成;随电位差的增大,Ta金属层的显微硬度和结合强度均先升高后降低;电位差为240 V时,Ta金属层的显微硬度和结合力最高,分别达1151HV0.2和117 N;碳化-沉积后,涂层由表面离散分布的非连续金刚石颗粒和TaxC(TaC、Ta2C)组成,其显微硬度提高至基体的1.8倍,磨损率仅为基体的45%。非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层具有良好的结合性能,能有效提升硬质合金的硬度和耐磨性能。

金刚石/Cu复合材料的烧结致密化研究

金刚石/Cu复合材料是性能优异的新型高导热低膨胀热管理材料。采用金刚石经表面镀Ti或Cr后再镀Cu,SPS烧结制备金刚石/Cu复合材料。结果表明:金刚石/Cu复合材料的烧结致密化与金刚石的体积分数、粒度大小、烧结温度及形成的金刚石/金属间的界面相关。金刚石的体积分数对烧结致密化影响最大,烧结温度影响最小;随金刚石体积分数和粒度的增加,金刚石/Cu复合材料的烧结致密化难度增大。

放电等离子烧结法制备Cu/金刚石复合材料的性能与显微组织(英文)

由于具备较高的热导率,铜/金刚石复合材料已成为应用于电子封装领域的新一代热管理材料。采用放电等离子烧结工艺(SPS)成功制备含不同金刚石体积分数的Cu/金刚石复合材料,研究复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率(TC)随金刚石体积分数(50%、60%和70%)和烧结温度的变化规律。结果表明:随着金刚石体积分数的降低,复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率均升高;随着烧结温度的提高,复合材料的相对密度和热导率不断提高。复合材料的热导率受到金刚石体积分数、微观结构均匀性和复合材料相对密度的综合影响。

放电等离子烧结法制备金刚石/Cu复合材料

通过真空镀铬对金刚石颗粒进行表面改性,采用放电等离子烧结法(SPS)制备改性金刚石/Cu复合材料;研究金刚石的体积分数、工艺参数以及金刚石颗粒表面改性对复合材料导热性能的影响。结果表明,烧结温度、混料时间以及金刚石颗粒的体积分数都会影响材料的致密度,金刚石颗粒的体积分数还会影响材料的界面热阻,而致密度和界面热阻是影响该复合材料导热性能的2个重要因素;对金刚石颗粒进行真空镀铬表面改性,可改善颗粒与铜基体的润湿性,降低界面热阻。在一定的工艺条件下,镀铬金刚石体积分数为60%时,改性金刚石/Cu复合材料具有很高的致密度,其热导率达到503.9W/(m.K),与未改性的金刚石/Cu复合材料相比,热导率提高近2倍,适合做为高导热电子封装材料。

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。

熔渗法制备高导热金刚石/Cu复合材料

利用真空热压熔渗技术制备金刚石/Cu复合材料.研究熔渗工艺、金刚石表面镀覆条件等对制备出的金刚石/Cu复合材料的热物理性能的影响.通过理论分析和试验数据可以发现：利用熔渗工艺制备出的金刚石/Cu复合材料中增强体金刚石的石墨化程度非常低,对复合材料的热性能影响很小;提高复合材料的致密度以及降低复合材料的界面热阻是提高复合材料热导率的主要方法,通过改变工艺参数和在金刚石表面镀覆金属层等方法可以提高复合材料的致密度并降低材料的界面热阻;采用180 ～ 210μm粒径镀Cr金刚石制备的金刚石体积分数为60％、相对密度为99.1％的复合材料热导率达到462W·m-1· K-1.

Ag-Cu-Ti活性钎料真空钎焊金刚石/Cu复合材料和金刚石膜

采用Ag-Cu-Ti活性钎料钎焊金刚石/Cu复合材料和金刚石膜,实现其高强度连接。用SEM对接头的微观组织进行观察分析,用无损探伤检测钎焊质量,用拉伸试验测定接头的力学性能,用热循环试验检验其可靠性。结果表明:焊料与金刚石膜连接处有一层均匀连续的富Ti相,大大改善了焊料与金刚石膜的润湿性;与金刚石膜粗糙面相比,采用金刚石膜光滑面进行钎焊,焊接接头的质量较高,焊缝内存留的夹孔、气泡等缺陷较少,热导率较高;钎焊接头的抗拉强度>23.12MPa,能够承受50个周期的冷热循环,满足实际应用的要求。

微/纳米金刚石复合涂层刀具的制备及切削试验

利用化学气相沉积法在硬质合金基体上制备微/纳米金刚石复合涂层,采用扫描电镜、Raman光谱仪、洛氏硬度计、微粒喷浆试验仪对涂层进行微结构与性能表征,同时进行切削试验。结果表明:涂层表面晶粒细小,颗粒尺寸达到纳米级,涂层纯度高,膜/基结合力好,耐磨性高。切削试验结果显示:微/纳米金刚石复合涂层刀具切削加工工件的表面粗糙度比硬质合金刀具小,其表面粗糙度平均值为0.931μm;从后刀面磨损量结果看出微/纳米金刚石复合涂层刀具使用寿命长;从前、后刀面磨损形貌看出金刚石复合涂层结合力好,耐磨性高。

金刚石涂层钻头钻削碳纤维增强复合材料钻削力和撕裂预测

通过全面实验进行了金刚石涂层钻头钻削T300和T800碳纤维增强复合材料的研究,并用测力仪系统和超景深显微镜对钻削力和出口撕裂进行了测试与观察。运用指数公式模型对钻削力实验结果进行了回归分析,得到了T300和T800钻削力与转速以及进给量的之间关系式,并对该方程进行了检验,验证误差值均小于6%;建立了出口撕裂因子与钻削力的关系;T800碳纤维增强复合材料的轴向力与撕裂因子呈负线性关系,T300的轴向力与撕裂因子呈正线性关系。

碳纤维复合材料专用CVD金刚石涂层刀具的制备及试验研究

碳纤维增强复合材料(简称碳纤维复合材料)是以石墨纤维或碳纤维为增强材料的复合材料,具有耐磨性好、耐高温、强度高、密度小、比刚度高和低温性能好等优点,但在钻削过程中易使普通的硬质合金刀具磨损。而金刚石涂层刀具在钻削较硬金属材料和非金属材料时,具有良好的切削加工性。通过CVD金刚石刀具与普通的硬质合金刀具对碳纤维复合材料的钻削试验对比以及两种刀具的磨损研究可以得出,CVD金刚石涂层刀具的钻削性能明显好于普通的硬质合金刀具。

纳米金刚石复合涂层紧压模的制备及应用

本文简要介绍了化学气相法 (CVD)沉积金刚石薄膜原理和涂层模具的制备方法 ,以 WC- Co硬质合金紧压模为衬底 ,用热丝 CVD法沉积得到纳米金刚石复合涂层。检测了该涂层的 X射线衍射图、拉曼谱图和形貌。用该复合涂层技术制备得到的绞线紧压模在实际生产线上进行了初步的应用试验 ,模具工作寿命可提高达 10倍以上 ,绞线表面光洁度明显改善 ,取得了十分满意的结果。

酸浸+等离子体刻蚀YG6微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

金刚石涂层工具一直是金刚石膜工具应用研究的主流。制约其产业化的主要因素是涂层的附着力低和微晶金刚石涂层工具的加工精度差。通过对衬底的有效预处理和CVD沉积过程控制的研究,开发在硬质合金基体上沉积高结合强度、低粗糙度的金刚石涂层新技术,对于实现CVD金刚石涂层刀具高效、高精度切削加工具有重要意义。对旨在提高金刚石涂层附着力的预处理技术,本文探索了将酸蚀脱钴+等离子体刻蚀处理衬底法。利用优化的沉积工艺,在酸浸+等离子刻蚀处理的YG6刀片上沉积的两层金刚石复合膜表面粗糙度为0.13μm,附着力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高于无涂层硬质合金工具。在加工ZA lS i12合金时,单层和两层金刚石涂层车刀片的切削寿命分别是无涂层车刀片切削寿命的21倍和28倍。

阶梯型复合刀具CVD金刚石涂层制备工艺及应用研究

针对加工阶梯孔类的阶梯型复合刀具,采用热丝辅助化学气相沉积技术(HFCVD),通过超声辅助酸碱两步预处理法,并且采用钽丝上下两层平行布置的沉积装置,调节生长参数,研究了YG6硬质合金阶梯型复合刀具的金刚石涂层制备技术。为了研究涂层性能,以含少量石棉的复合纤维刹车片作为加工对象,分别对比实验了金刚石涂层和未涂层刀具的钻削性能。结果表明:相对传统单层热丝沉积工艺,采用双层热丝布置方式,在涂层过程中能使切削刃各个部分的温度保持平衡稳定,使得阶梯复合刀具每个切削刃都能均匀地涂上一层金刚石薄膜。采用该方法沉积的金刚石涂层阶梯复合刀具在钻削过程中具有良好的切削性能及附着强度,特别是在高速加工中金刚石涂层阶梯复合刀具在轴向钻削力及扭矩方面都小于未涂层刀具,金刚石涂层阶梯复合刀具在钻削刹车片阶梯复合孔加工中具有显著的优势。

CVD金刚石涂层刀具铣削高体分SiCp/Al复合材料特性研究

以65%高体分SiC颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料为试件材料,采用热丝化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）法制备的硬质合金常规（μm级）金刚石薄膜涂层立式键槽铣刀进行铣削试验,研究铣削力的变化规律、工件表面的微观形貌,以及刀具的磨损和刀具寿命,并与未涂层硬质合金铣刀进行对比,分析了该材料的铣削机理,评价了金刚石薄膜涂层铣刀的涂层效果。结果表明：在相同的切削用量条件下,金刚石涂层刀具比未涂层硬质合金刀具的各向铣削力降低20%～60%;加工初期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量较好,但在加工中后期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量迅速恶化,而金刚石涂层刀具所加工工件的表面质量较为稳定,刀具寿命比未涂层硬质合金刀具提高了3～5倍,因此,常规金刚石薄膜涂层刀具较适合应用于高体分SiCp/Al复合材料的粗加工或半精加工。

电泳共沉积超细金刚石/玻璃复合涂层的研究

通过电泳共沉积技术制备超细金刚石/玻璃复合涂层,主要探讨了电泳沉积工艺及固化烧结条件对涂层的影响。超细金刚石粉体在乙醇溶液中荷负电,为阳极沉积。通过电流变化和形貌观察研究涂层沉积质量,结果表明:电压为30～50 V时,可以形成均匀平整的复合涂层。添加质量分数为0.05%～0.10%的金属阳离子能实现阴极沉积,避免了阳极腐蚀,有利于基板的选择。复合涂层最优固化烧结温度为450°C,反应时间为3 h,烧结后的涂层光滑致密且实现了金刚石在黏结相中的均匀分布。