TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为

采用高温化学气相沉积(HT-CVD)和中温化学气相沉积(MT-CVD)相结合的复合化学气相沉积新技术在硬质合金基体WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co上分别沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层,制备TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金。通过氧化实验,X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等手段研究TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为。结果表明,涂层后硬质合金的抗氧化性能明显提高,Al2O3的加入能进一步提高CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能,并使涂层硬质合金表现出独特的氧化行为。Al2O3涂层的抗氧化机理为Al2O3具有良好的高温化学稳定性,能起到很好的隔热和阻碍氧扩散的作用。

真空渗硼预处理在CVD金刚石-硬质合金涂层工具中的应用

采用固体粉末真空渗硼工艺 ,研究了硬质合金工具表面真空渗硼预处理对金刚石涂层附着力的影响。研究结果表明 ,硬质合金工具通过固体粉末真空渗硼处理 ,表面生成具有较高稳定性的以CoWB、CoB为主的渗层 ;经过长时间的金刚石涂层后 ,硬质合金工具表面出现Co3B和W2 Co2 1B6 相 ,没有单质Co相出现 ,克服了金刚石沉积中硬质合金表面钴的不利影响 ,使标志金刚石涂层附着力的压痕测试的临界载荷达到了15 0 0N 。

硬质合金基体预处理工艺对CVD金刚石涂层附着性能的影响

采用热丝CVD法通过不同基体处理工艺在YG8和YG6硬质合金基体上沉积了金刚石涂层,考察了基体表面预处理工艺对基体表面形貌、残留钴含量以及涂层结合力的影响。实验结果表明,一步法酸刻蚀的最佳作用时间为15min左右,无论采用一步法还是二步法,处理后的YG8硬质合金基体表面残留钴均已大幅降低至3%左右,而二步法处理后YG6基体表面钴含量仅为0.66%。通过压痕实验对比分析得出,一步法酸处理15min后的硬质合金基体上沉积的金刚石涂层压痕较小,其最大压痕尺寸为145μm,两步法处理硬质合金基体金刚石涂层压痕面积最小,表现出良好的附着性能。

强直电流伸展弧CVD硬质合金金刚石涂层工具

采用自行研制的强电流直流扩展电弧设备对酸浸和渗硼预处理的YG6刀片进行了金刚石薄膜涂层沉积,并对放于不同位置的沉积刀片表面涂层的激光Raman谱和SEM形貌进行了分析、研究.结果表明:渗硼预处理工艺优于酸浸预处理工艺;在渗硼处理的GY6刀片上,沉积的金刚石薄膜涂层具有大面积、均匀性好和质量高的特点.

影响CVD金刚石涂层硬质合金界面结合强度的因素及其改善方法

化学气相沉积法制备金刚石涂层硬质合金刀具综合了金刚石与硬质合金的优异性能,被广泛应用于切削难加工材料。金刚石与基体界面结合强度是评价金刚石涂层的一个主要性能指标。本文主要介绍了影响CVD金刚石涂层刀具界面结合强度的主要因素,并对如何提高其界面结合强度的方法进行了较深入的探讨,这对解决刀具基体与金刚石涂层之间的界面结合强度问题具有一定的实际意义。

高精切削用CVD涂层硬质合金刀具的质量控制

从合金基体材料、涂层两方面对高精切削加工中应用广泛的CVD涂层硬质合金刀具质量的主要影响因素进行了分析,为从制备工艺上更好地提高涂层刀具的质量,充分发挥刀具的最佳综合使用性能提供了借鉴。

CVD涂层在硬质合金拉丝模上的应用

用化学气相沉积法涂覆Ｔｉｃ－Ｔｉ（ＣＮ）－ＴｉＮ耐磨涂层是提高硬质合金拉丝模使用寿命的有效途径。经工业试验，涂层模比非涂层模可提高使用寿命１～４倍。

硬质合金工具强电流直流伸展弧等离子体CVD金刚石涂层的均匀性研究

采用自行研制的强电流直流伸展电弧等离子体CVD设备对真空渗硼预处理的YG6刀片进行了金刚石涂层沉积 ,并对放于有效沉积区域不同位置沉积出的金刚石涂层刀片以及刀片自身不同位置之表面涂层的形貌、厚度、质量进行了分析、研究。结果表明 :( 1)、硬质合金工具强电流直流伸展弧等离子体CVD金刚石涂层的组织、形貌、厚度、质量都是均匀一致的。 ( 2 )、利用强电流直流伸展电弧等离子体CVD设备可进行硬质合金金刚石涂层的批量沉积。

WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具研究现状

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)金刚石涂层刀具具有高硬度、优异的耐磨性、良好的冲击韧性和化学稳定性,能满足高效率、高精度的加工要求,逐渐成为切削铝和高硅铝合金、碳纤维增强复合材料及石墨等轻质量高强度难加工材料的主流涂层刀具。基于WC-Co硬质合金为基体的CVD金刚石涂层刀具在切削加工过程中容易发生CVD金刚石涂层的剥落,自主研发结合性能优良、长时间加工稳定的WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具仍是该领域国内外发展的必然趋势。目前,研究者为了提高WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的结合性能,采用化学刻蚀法和机械处理法相结合去除WC-Co硬质合金基体表层中的Co粘结相,发现其能增强涂层与基体的结合强度,但基体表层Co粘结相含量的减少容易导致基体中形成脆化层,降低基体的强度和韧性。为了减少基体的强度和韧性损失,研究者在WC-Co硬质合金基体和金刚石涂层之间制备稳定的含Co中间化合物或沉积中间层,成功阻挡Co粘结相的热扩散。除了上述方法外,研究者还通过调控金刚石涂层工艺参数和结构,将微米晶与纳米晶金刚石层叠相结合,来提高金刚石涂层刀具的摩擦学性能和涂层与基体间结合强度。本文综述了WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的应用进展,明确了WC-Co硬质合金与CVD金刚石涂层间附着失效是刀具切削加工中最主要的失效形式,详细分析了影响附着失效的主要原因。在此基础上,着重介绍了各种优化工艺对增强涂层刀具性能影响的最新研究进展;指出了WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的性能受化学刻蚀、机械刻蚀、形成含钴化合物层、沉积中间层等基体前处理以及金刚石涂层工艺参数和结构的影响较大,对于不同牌号或不同厂家生产的同种牌号的WC-Co硬质合金基材,需要进行不同的表面前处理,而针对不同的切削加工材料,需要采用合适的金刚石涂层沉积工艺和结构以提高涂层与基材之间的结合强度,进而提高刀具的性能;最后提出了研制一种普适性强的基体前处理、涂层工艺和结构创新策略,以实现不同应用场景下WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的高效长寿命切削,可能是未来的研究方向。

Ti(C,N)含量对硬质合金脱β层的形成及其CVD涂层刀具切削性能的影响

本文通过改变原料中Ti(C,N)的含量(0.5%和1.5%)(质量分数,下同),采用一步烧结法制备了WC-Ti(C,N)-Nb C-Co脱β层硬质合金,并通过化学气相沉积(CVD)技术制备Ti N/MT-Ti CN/Al2O3涂层硬质合金,研究的目的是比较Ti(C,N)含量的微量变化对其脱β层硬质合金的微观组织和物理力学性能,以及其涂层刀具车削45#钢的使用寿命的影响。研究结果表明:在两种合金的表层均形成了脱β层,随着Ti(C,N)含量从0.5%增加至1.5%,脱β层厚度从11μm增加至35μm,另外,WC平均晶粒度从1.97μm减少至1.60μm;矫顽磁力HC和维氏硬度HV30提高,合金密度D和断裂韧性KIC降低。涂层刀片的切削试验结果表明:高Ti(C,N)含量制备的涂层刀片的耐磨性略微降低,而抗冲击性能明显提高。

CVD金刚石涂层前预处理对硬质合金基体强度的影响

CVD金刚石涂层硬质合金刀具是有色金属及合金、石墨、陶瓷和碳纤维增强塑料(CFRP)等复合材料机械加工的理想刀具。但金刚石涂层前对WC-Co硬质合金基体的预处理过程在消除表面Co改善涂层附着力的同时也降低了基体强度。通过正交试验并采用SEM和EDS分析试样表面形貌和Co含量,采用XRD分析试样表层的相组成,研究了预处理对两种WC晶粒度的WC-6Co硬质合金基体强度的影响机制。结果表明:酸、碱预处理均显著降低基体强度,热处理则可消除酸碱处理对强度的不利影响。预处理对不同WC晶粒度的硬质合金基体强度的影响明显不同。粗晶硬质合金预处理后抗弯强度降低幅度更大,其抗弯强度的Weibull模数减小也更显著。相对而言,粗晶硬质合金的抗弯强度对酸腐蚀时间tC更敏感,而细晶硬质合金则受碱腐蚀时间tM的影响更大。因此,金刚石涂层前,应根据不同硬质合金基体的成分和微观结构匹配合适的预处理制度。

化学气相沉积硬质合金TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN多层涂层的抗氧化性能

对化学气相沉积（CVD）法制备的硬质合金TiN/TiCN/Al2O3/TiN多层涂层试样在600~950℃温度范围内进行了氧化质量增加试验,采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析试样氧化前后相组成及微观组织。结果表明：复合涂层最外层为α-Al2O3时,涂层具有最佳的抗氧化能力;增加TiN/TiCN/κ-Al2O3/TiN复合涂层中TiCN和κ-Al2O3的厚度能大大提高涂层高温抗氧化性。TiN和TiCN涂层经600℃以上氧化后,产物均为金红石结构的TiO2,氧化后TiN/TiCN间的界面消失;经900℃以上氧化时,κ-Al2O3转变为α-Al2O3。

复合化学气相沉积法制备厚膜α-Al_2O_3涂层硬质合金刀具

研究了厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的涂层设计方法,探索了采用中、高温连续复合化学气相沉积技术(MHT-CVD)生产厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的工艺,表征了复合涂层的微观结构,并对厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的性能进行了测试。研究表明,通过MHT-CVD工艺生产的厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具具有比普通TiN涂层硬质合金刀具更佳的切削性能。

沉积温度对硬质合金金刚石涂层附着力影响的研究

采用压痕实验、扫描电镜与激光Raman光谱分析 ,实验研究了酸浸硬质合金基底上金刚石涂层的附着力随沉积温度的变化。结果表明 ,涂层质量随沉积温度降低而显著恶化 ,涂层应力则随沉积温度提高而上升。从提高涂层附着力的角度考虑 ,存在一个最佳沉积温度。在较低的沉积温度下 ,涂层自身的质量较低、力学性能较差 ,在载荷作用下易于破坏。提高沉积温度 ,涂层自身的质量可得到改善 ,但基底中的钴向基底表面扩散的倾向加大 ,而且热应力增大 ,会严重降低涂层与基底的附着力。除硬质合金基底的预处理工艺外 ,沉积工艺对金刚石涂层的组织。

TiC-TiN-TiC-Al_2O_3涂层CP3型硬质合金抗弯强度及其分散性的研究

通过X衍射法对CP3型硬质合金涂覆TiC TiN TiC Al2 O3 四层硬质层的组织结构进行了研究 ,用扫描电镜观察了涂层的断口形貌 ,用划痕法测定了涂层与基体的结合力 ,用三点弯曲法测定了涂覆前、后该硬质合金的抗弯强度 ,并应用Weibull统计方法对该材料的抗弯强度及其分散性进行了分析。研究结果表明 :涂层组织由TiC、TiN和Al2 O3 组成 ,涂层中无发达的柱状晶 ,涂层与基体结合良好 ,涂覆后硬质合金的平均抗弯强度从涂覆前的2 119MPa下降到 15 80MPa 。

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。

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。

涂层硬质合金刀具及其在切削加工中的应用

对一些涂层硬质合金刀具的种类及发展作了简单介绍 ,并阐述了涂层硬质合金刀具在切削加工中的应用状况。

强电流直流伸展电弧法制备硬质合金微型工具的SiC过渡层和金刚石涂层

采用强电流直流伸展电弧化学气相沉积(HCDCA CVD)技术在硬质合金微型工具表面沉积了SiC涂层作为过渡层,并在此基础之上制备了金刚石涂层。实验结果表明,采用HCDCA CVD技术在硬质合金表面制备的SiC纳米涂层连续、致密;此过渡层可有效地抑制硬质合金基体中Co的外向扩散,确保在不进行酸蚀去Co预处理的情况下,金刚石涂层对硬质合金基体具有良好的附着力。切削检测的结果表明,实验所制备的SiC过渡层/金刚石涂层的微型铣刀与未涂层微型铣刀相比,切削刃没有切削屑的粘结,且加工后的工件表面上毛刺较少。这些结果表明,SiC过渡层/金刚石涂层硬质合金微型工具将具有优异的加工性能。

硬质合金涂层界面η相对刀具使用性能的影响研究

通过冲击切削试验,研究了硬质合金刀具CVD涂层界面η相的形貌、厚度、分布形式对刀具使用性能的影响,分析了η相的产生原因并提出了控制方法。