SiC中间层对金刚石涂层硬质合金刀具膜基界面结合性能的影响

基于第一性原理分别计算了WC-Co/Graphite/Diamond、WC-Co/Si CC-Si/Diamond和WC-Co/Si CSi-C/Diamond界面模型的粘附功、断裂韧性,分析了电子结构和态密度。结果表明:Graphite/Diamond界面粘附功极小,金刚石在石墨基面上成核不良;WC-Co/Graphite界面处Co与C(Graphite)原子具有同种电荷而相斥,添加Si C中间层改变了界面处原子的电荷分配与成键方式,WC-Co/Si C界面Co与C(或Si)原子具有异种电荷而相吸,且Co-Si(Si C)键强于Co-C(Si C)键;Si C/Diamond界面C(Si C)-C(Diamond)键强于Si(Si C)-C(Diamond)键。因此,三种界面模型中各界面的粘附功Si CSi-C/Diamond>Si CC-Si/Diamond>WC-Co/Si CSi-C>WC-Co/Si CC-Si>WC-Co/Graphite>Graphite/Diamond。总之,添加Si C中间层提高了金刚石涂层硬质合金刀具膜基界面结合性能。

基于硬脆材料加工的金刚石涂层硬质合金刀具制备及切削性能研究

利用热丝化学气相沉积法,在硬质合金球头铣刀表面制备出不同碳源浓度的金刚石涂层,研究了碳源浓度对金刚石涂层微观结构及刀具切削性能的影响。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱吸收仪和X射线衍射仪分析了刀具表面金刚石涂层的表面形貌、组成成分和晶粒取向,并利用制备的金刚石涂层铣刀进行石材加工实验。结果表明:与2%、3%碳源浓度相比,1%碳源浓度所制备金刚石涂层的晶粒尺寸较大,微米级金刚石晶型完整;3%碳源浓度金刚石涂层表面生成了大量纳米金刚石晶粒。碳源浓度为3%的金刚石涂层铣刀的后刀面磨损量最大,而1%碳源浓度金刚石涂层铣刀的涂层与基体结合力高,铣刀后刀面磨损量最小,金刚石涂层未明显剥落,切削寿命最长。

硬质合金基体表面金刚石涂层韧性与热稳定性研究进展

硬质合金因具有较高硬度、强度与韧性等综合优势而成为重要的切削工具材料,通过在硬质合金表面进行涂层可以延长使用寿命。金刚石涂层由于具有极高硬度、耐磨性、高热导率和低热膨胀系数,成为加工碳纤维复合材料、石墨和陶瓷等材料的首选。然而,低韧性是限制硬质合金基体表面金刚石涂层进一步应用的主要缺点。同时,高热稳定性是硬质合金基体表面金刚石涂层在高速高温切削条件下稳定服役的关键。本文基于硬质合金基体表面金刚石涂层的结构与成分设计的研究现状,重点综述了多层及梯度金刚石涂层设计对其韧性及相关性能的影响及机理,就提升金刚石涂层热稳定性的策略与增强机理进行分析。综述了金刚石涂层制备工艺,并对准确评价金刚石涂层断裂韧性及热稳定性的实验方法进行总结,旨在寻找“硬而韧”且具有高热稳定性的硬质合金基体表面金刚石涂层设计方法,以有效提升切削工具使用性能。

金刚石薄膜涂层硬质合金刀具的界面表征

采用SEM对金刚石薄膜涂层硬质合金刀具的金刚石薄膜表面、背面及金刚石薄膜剥落后的硬质合金刀片表面的典型形貌进行了观察，并采用TEM对金刚石薄膜／硬质合金刀片横截面的微观组织进行了研究，还采用FT—Raman光谱法对金刚石薄膜表面及金刚石薄膜剥落后的硬质合金刀片表面的微观结构进行了表征．结果表明：经适当的化学侵蚀脱钻和等离子体刻蚀脱碳预处理后，金刚石薄膜涂层硬质合金刀具的界面通常存在薄的（数十um）石墨碳层；局部区域见到金刚石粒子直接生长在WC颗粒上,金刚石膜／基横截面的典型组织层次为：金刚石薄膜／薄的石墨碳层／细小的WC层／残留的脱碳层（η相＋W相）／原始的硬质合金基体．

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。

等离子体渗硼对硬质合金表面金刚石涂层的影响

采用热丝化学气相沉积法在等离子体渗硼预处理后的硬质合金表面沉积金刚石涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及洛氏硬度计探究预处理过程对金刚石涂层生长质量和结合性能的影响。结果表明:随等离子体渗硼温度升高,基体表面生成的CoWB含量增加,且WC脱碳还原为W。等离子体轰击使基体表面缺陷密度增大,能提高金刚石的形核速率,CoWB钝化层和W过渡层可抑制Co原子扩散,提高金刚石的生长质量。相较于酸碱两步法处理,经过等离子体渗硼处理的硬质合金表面金刚石涂层中石墨相含量明显减少,残余应力随等离子体渗硼温度升高而降低。石墨相含量的减少和残余应力的降低提高了金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合性能,1000℃预处理的硬质合金表面金刚石涂层的结合力等级可达HF1水平。

CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究进展

概述了CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究现状及存在的问题,重点对近五年CVD金刚石涂层硬质合金刀具基体预处理方法、涂层内应力的表征方法等方面的研究现状进行了综述。

金刚石薄膜涂层硬质合金刀具切削试验研究

金刚石薄膜涂层硬质合金刀具是CVD金刚石薄膜的重要应用领域之一。通过该型刀具与普通硬质合金刀具对高硅铝合金这一难加工材料的切削对比试验 ,显示出金刚石薄膜涂层硬质合金刀具不论在切削寿命、加工精度方面 ,还是在导热性等方面 。

复杂形状硬质合金刀具沉积金刚石薄膜涂层过程的热丝分布研究

针对热丝化学气相沉积法在复杂形状硬质合金刀具上涂覆金刚石薄膜,对比分析了常见热丝布置方式的特点。在此基础上,采用超声辅助酸碱法预处理、单排两根热丝平行布置方式以及优化的沉积工艺,在YG6硬质合金钻头上沉积金刚石薄膜。对金刚石涂层的成膜质量进行微观检测,并对环氧树脂基碳纤维复合材料进行钻削试验,分析了涂层刀具的磨损形貌和钻孔出入口质量。结果表明,采用改进的热丝布置方式,在涂层过程中能使切削刃各部分均匀涂覆金刚石薄膜;涂层在钻削过程中具有良好的附着强度,并从一定程度上减轻了刀具的磨损,改善了钻孔出入口的毛刺和啃边现象。

金刚石涂层硬质合金阶梯刀具的制备及钻削特性

采用双层热丝化学气相沉积(CVD)法在硬质合金阶梯刀具表面制备了金刚石涂层,对比分析了无涂层和涂层刀具钻削复合纤维刹车片的钻削特性和磨损性能以及加工孔的表面质量。结果表明:在高速钻削条件下,涂层刀具的轴向力和扭矩明显小于无涂层刀具的,表现出更好的钻削性能;当以相同的转速和进给量钻削出10个孔后,涂层刀具的后刀面磨损高度约为0.025mm,远小于磨损标准(0.2mm),无涂层刀具的后刀面磨损高度(0.15mm)则接近磨损标准,涂层刀具的耐磨性能优于无涂层刀具的;涂层刀具钻削孔的四周圆滑,没有毛刺及撕裂现象,其表面质量好于无涂层刀具钻削孔的。

CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展

CVD金刚石涂层硬质合金刀具结合了金刚石和硬质合金的优异性能,是切削加工的理想材料,具有广阔的发展前景。当前限制CVD金刚石涂层刀具应用的主要问题是金刚石涂层与刀具基体之间的附着性能较差,其主要原因是粘接相Co对CVD沉积存在不利影响以及涂层与基体之间热膨胀系数存在较大差异。本文综述了提高界面结合强度和降低涂层表面粗糙度的方法,重点介绍了在界面添加过渡层来提高界面结合强度,并指出在硬质合金基体和CVD涂层之间添加过渡层和开发纳米CVD涂层是CVD金刚石涂层刀具今后的发展方向。

复杂形状硬质合金刀具金刚石涂层的制备及铣削特性研究

采用热丝化学气相沉积法,以平行布置热丝方式及优化的预处理和沉积工艺,在复杂形状硬质合金立式键槽铣刀表面制备出均匀的微米级金刚石薄膜。通过扫描电镜和拉曼光谱研究了金刚石薄膜的形貌和成分。以高体积分数（65%）SiCP/Al复合材料为工件材料进行铣削试验,对比考察了金刚石薄膜涂层铣刀和无涂层铣刀的铣削特性。结果表明：在相同的铣削用量条件下,金刚石涂层铣刀的铣削力比无涂层铣刀的降低20%～60%;涂覆的金刚石薄膜附着强度较好,有效减轻了刀具磨损,使其寿命提高3～5倍;加工初期,无涂层刀具加工工件表面质量较好,但加工中后期工件表面质量迅速恶化,而金刚石涂层刀具加工工件的表面质量较稳定。

金刚石涂层刀具高速铣铝合金平面切削毛刺研究

采用热丝CVD法制备纳米与微米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电镜表征其薄膜表面形貌。用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速顺、逆端铣铝合金平面,研究CVD金刚石涂层刀具切削时的棱边毛刺特点与大小;并对纳米金刚石涂层刀具高速顺铣切削工艺参数进行正交试验,探究取得少无切削毛刺的切削参数与切削工艺。结果表明:工件铣削后棱边毛刺分布不均匀,顺铣毛刺稀疏,尺寸较小,其中纳米金刚石涂层刀具顺铣棱边毛刺高度平均值为32.08μm,仅为微米金刚石涂层刀具顺铣毛刺高度的46.5%。纳米金刚石涂层刀具高速顺铣平面,对棱边毛刺影响最大的是v_(c),其次为v_(f),ae的影响最小,最优参数组合为a_(e)=4 mm、v_(f)=2000 mm/min、v_(c)=400 m/min,铣削后毛刺高度平均值为21.29μm。当金刚石涂层刀具端铣铝合金平面时,为取得较小的棱边毛刺,优选纳米金刚石涂层刀具,采用顺铣棱边的切削方式与切削工艺,以及相应的高速切削参数。

YT类硬质合金金刚石涂层成形刀具对高体积分数SiC_P/Al复合材料的铣削特性研究

采用热丝化学气相沉积法在B212型YT15硬质合金成形铣刀片上制备了微米级金刚石涂层,并以65%SiC颗粒增强铝基复合材料为试件材料进行铣削试验。通过与未涂层硬质合金铣刀进行对比,评价了金刚石涂层硬质合金成形铣刀的涂层效果。结果表明：在相同的切削参数下,金刚石涂层硬质合金刀具各种铣削力比未涂层硬质合金刀具的降低50%-65%;所涂覆金刚石薄膜在铣削过程中具有良好的膜-基附着强度,且经酸碱预处理的涂层硬质合金刀具较适合于高体积分数SiCP/Al复合材料的粗加工,醇碱预处理的涂层硬质合金刀具较适合于其半精加工;涂层硬质合金刀具持续加工的工件表面质量优于未涂层硬质合金刀具所加工,且所铣槽的成形精度较未涂层硬质合金刀具所铣槽提高约30%。

硬质合金刀具的类金刚石涂层的研究

采用优化的沉积类金刚石（ＤＬＣ）涂层工艺及过渡层技术，在硬质合金上制备出性能优良 的ＤＬＣ膜．实验室切削试验与工业生产现场切削表明：在切削铝青铜和共晶铝硅合金时，ＤＬＣ膜

硬质合金刀具金刚石涂层的热应力仿真

利用有限元分析软件ANSYS建立了金刚石涂层冷却阶段金刚石涂层热应力有限元模型,通过有限元模型研究了各工艺参数和基体几何尺寸对于热应力的影响。有限元仿真的结果表明,沉积温度、冷却速度、膜厚和硬质合金基体前角对热应力的影响较大。

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。

硬质合金刀具表面微/纳米金刚石复合涂层制备研究

硬质合金是目前应用最为广泛的刀具材料,在刀具表面施加金刚石涂层可以提高硬质合金刀具的性能和耐用度。通过热丝CVD法在硬质合金刀具表面制备了多层微/纳结构的复合涂层,采用扫描电镜观察了复合涂层的表面和截面,并用拉曼光谱检测了涂层的成分,用压痕法检验了复合涂层的膜基结合性能。结果显示复合涂层的结构参数对膜基结合性能有较大影响,特定结构的复合涂层可以提升涂层的结合性能。

硬质合金刀具的类金刚石涂层的研究进展

硬质合金刀具在发达国家刀具类型中占主导地位,同时,硬质合金切削刀具在我国也已经成为加工企业所需的主力刀具,随着硬质合金刀具市场需求的不断扩大,应用于刀具表面的涂层技术也迅速发展,类金刚石涂层的出现为涂层刀具开启了新的篇章。该文旨在回顾类金刚石涂层的发展史并分析其研究现状。

金刚石涂层刀具微细铣削硬质合金的试验研究

硬质合金由于其优良性能被应用于精密模具和耐磨、耐腐蚀零件,是典型的难加工材料。CBN、金刚石等超硬刀具的出现,使得直接切削加工硬质合金成为可能。本文采用金刚石涂层刀具进行微细铣削硬质合金的试验研究,分析了加工过程中的切削力、表面质量以及刀具磨损。