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硬质合金/金刚石薄膜的制备和附着性能的研究

本研究采用热丝CVD法在YG3硬质合金(WC-3%Co)和YG6硬质合金(WC-6%Co)基体上沉积了金刚石薄膜。在对硬膜-软基体体系的附着机理进行综合分析的基础上,通过考察基体含Co量、基体预处理和CVD工艺(温度、浓度和压强等参数)对表面层去Co、金刚石薄膜形核和长大的影响,研究了改善膜/基附着性能的途径。得到如下结论:1.硬质合金基体经一步或两步浸蚀法都能不同程度地去除基体表面的钻,抑制金刚石沉积过程中表面Co的不利影响。较之一步法,二步法处理的效果更明显。基体浸蚀层达10μm左右,有效地防止了金刚石沉积过程中钴的迁移和挥发,可以沉积出质量高、附着力好的金刚石薄膜。2.二步浸蚀法采用浸蚀剂B腐蚀30min,再用浸蚀剂C浸泡30s最佳,YG6样品表面Co含量减少到0.82%,YG3样品降低到1.36%。基体上成核密度大,形成连续的金刚石薄膜,组织结构具有{110}面取向,薄膜附着性较好。3.硬质合金基体上金刚石薄膜的附着性能  (本文共74页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
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高性能金刚石薄膜的制备、摩擦学性能及其在内孔表面的应用研究

机械、化工等领域中许多耐磨减摩器件的工作表面为内孔表面,比如拉拔模具、喷嘴和阀门等工具和器件,在应用过程中其内孔表面的磨损非常严重,寿命短,损耗大,严重制约了生产效率和产品质量的提高,难以保障长期运行过程中关键装备的工作稳定性和可靠性,一种创新技术就是在耐磨减摩器件内孔表面采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)技术沉积高性能金刚石薄膜,这对于大幅度延长耐磨减摩器件的使用寿命,显著提高生产效率和改善相关产品的质量,满足极端工况下关键装备高可靠性和长寿命方面的要求,具有十分重要的意义,必将有力促进相关领域技术瓶颈的突破,取得显著的社会经济效益。然而,相对于外表面,内孔金刚石薄膜涂层技术具有特殊性,在内孔表面尤其是小孔径、超大孔径和复杂形状内孔表面沉积金刚石薄膜的工艺难以实现;此外,现有常规金刚石薄膜膜基结合力低、表面粗糙度高等问题也严重制约了内孔金刚石薄膜涂层技术的产业化应用。本文采用适用...  (本文共231页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
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超光滑金刚石复合薄膜的制备、摩擦学性能及应用研究

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强以及表面化学性能稳定等优异的机械及摩擦学性能,这使其在硬质合金工模具领域具有广阔的应用前景。CVD金刚石薄膜作为耐磨减摩涂层沉积在传统硬质合金刀具和拉拔模具的工作表面,能够大幅延长传统工模具的使用寿命,提高生产效率,显著改善加工质量,不仅获得了显著的经济效益,促进了相关行业关键技术的突破和加工水平的提升,而且对于有效节约铜、铝等原材料,节能降耗,减少钨、钴等战略资源的消耗,促进经济的可持续发展也具有重大意义。本文致力于解决CVD金刚石薄膜在硬质合金工模具领域产业化应用的三个关键问题,即在硬质合金基体表面沉积附着强度高、表面光滑性好的CVD金刚石薄膜的制备技术、CVD金刚石薄膜摩擦学性能和微观摩擦学机理的研究以及复杂形状金刚石薄膜涂层刀具和大孔径金刚石薄膜涂层拉拔模具的开发与应用,主要完成的研究工作可以概括为以下几...  (本文共187页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国地质大学(北京)
中国地质大学(北京)

低温合成碳化物过渡层对金刚石膜生长的作用机理研究

在硬质合金与金刚石薄膜之间添加碳化物过渡层是制备高质量金刚石薄膜,提升星际钻探等领域工具使用性能的有效方法。目前常用的高温化学气相沉积(CVD)过渡层制备方法存在界面粗化和高热应力等问题,会导致过渡层使用效果和金刚石薄膜性能的降低。探索低温沉积碳化物过渡层方法是改善硬质合金金刚石涂层界面性能的重要前沿课题。本论文在评述硬质合金金刚石涂层研究进展和热点问题的基础上,以碳化物金刚石过渡层的低温沉积方法为核心,以中频磁控溅射和离子注入方法为手段,进行了硬质合金表面Si、Ti碳化物过渡层的低温制备及性能研究,并探索了过渡层制备工艺对金刚石涂层的影响。通过对薄膜成分、结构和结合性能等方面的系统考察,分析了制备工艺和薄膜性能的交互关系,从而揭示了沉积工艺对碳化物过渡层和金刚石薄膜的影响规律,探讨了碳化物过渡层影响金刚石薄膜形核、生长和性能的作用机理。本研究试图获得效果显著、重复性好的碳化物过渡层低温沉积方法和工艺设计,制备性能优异的硬着合金...  (本文共117页) 本文目录 | 阅读全文>>

郑州大学
郑州大学

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

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。本文在大量文献调研的基础上,采用微波等离子体CVD(MPCVD)法在YG6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...  (本文共105页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
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微细刀具表面金刚石涂层的制备及其应用基础研究

微细零部件系统是微小尺度范围内综合机、电、液等技术而形成的高新技术产品,广泛应用在绿色能源、信息电子、航空航天、工业生产和仪器仪表等产业领域。微细切削是一种在介观尺度直接对工件进行切削去除的加工技术,具有卓越的三维加工能力、加工材料的普适性、加工效率和加工成本方面的综合优势,是微细零部件加工技术体系的重要组成部分。在微细切削过程中,由于刀具与工件间极高的切削速度会带来的二者间剧烈机械摩擦,这对微细刀具的耐磨损性能和抗工件粘附性能提出了比传统刀具更高的要求。普通硬质合金微细刀具在高速微细切削过程中,磨损严重、易折断、易粘附工件材料、效率低且消耗大。因此,微细切削行业迫切需要研究耐磨损性能更好、工作寿命更长的新型微细刀具来满足行业的发展需求。化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强、表面化学惰性高,以及与许多工程材料间弱粘附性等优异的机械及摩擦学性能。由于热...  (本文共171页) 本文目录 | 阅读全文>>