硬质合金表面处理对金刚石涂层性能的影响

发布时间：2020-05-29 02:03

【摘要】：硬质合金金刚石涂层刀具因其优异的性能有着广泛的应用前景,而硬质合金中的黏结相Co的存在成为限制了其产业化应用的最大因素,传统酸碱两步法因简单高效、经济低廉的消除Co工艺成为主要的实用手段。以酸碱两步法预处理硬质合金为核心研究内容,对酸碱两步法处理硬质合金进行系统、全面的研究,再结合CVD金刚石在硬质合金表面沉积过程中Co对于膜/基附着力影响的机理进行探究,最后在最佳酸碱两步法工艺基础上开发出新型的硬质合金表面沉积CVD金刚石涂层的预处理方法,填补了这一研究领域的空白的同时对生产实践有着重要的指导意义。本文的主要研究工作和成果如下:1.研究了酸碱两步法处理对硬质合金表面影响的基本规律,结果表明,反应温度为35℃时,碱处理对粗化硬质合金表面存在最佳时间,约为20-30min,能使硬质合金表面粗糙度增加约30倍。酸处理在去除表面Co的同时能很快降低硬质合金表面粗糙度至100nm左右,15s左右不再影响粗糙度,20-30s左右不再影响表面去Co深度。处理温度越高所能达到的表面去Co深度越深。去离子水超声清洗在酸碱两步法工艺中是不可缺失的一步,省掉会导致硬质合金表面引入CoSO_4等杂质。2.研究了硬质合金表面不同的去Co深度和Co对膜/基附着力的影响机理。结果表明,去Co深度应当适中,在本研究中,结合CVD金刚石沉积条件,适宜的去Co深度为6μm。CVD金刚石的沉积时,在形核阶段Co与C的相互作用主要体现为Co表面包覆一层1-2nm的非晶C。3.研究了传统酸碱两步法/纳米金刚石粉植晶/乙醇超声的新型预处理方法对改善硬质合金金刚石涂层刀具性能的影响。结果表明,不经乙醇超声分散的植晶处理会在硬质合金表面金刚石的沉积过程中产生“生长瘤”,并影响刀具的加工性能,在乙醇超声分散的作用下能有效避免这一问题。新型预处理方法相比于传统两步法有效的提升了复杂形状刀具的性能。相比于传统两步法处理的硬质合金金刚石涂层刀具加工性能提升了3倍多。
【图文】：

碱试剂和酸试剂的配比与处理时间，而忽略处理的温度以及 WC-Co 的含 Co 量，，因此造成直接简单的复制他人使用的处理条件，得不到他人的处理效果，因此，系统的、全面的对酸碱两步法处理 WC-Co 类硬质合金进行研究是非常有必要的，一方面填补这方面的空缺，更重要的是科学严密的处理条件无疑是酸碱两步法预处理硬质合金并有效的沉积高质量的金刚石的重要标准。本章将对酸碱两步法中第一步碱处理对硬质合金的表面状态的影响、酸碱两步综合起来对硬质合金表面状态的影响规律进行系统的研究。图 2.1 是酸碱两步法处理硬质合金的流程示意图。在化学反应中，温度一直是一个重要的影响因素，因此我们将反应温度作为第二考察指标，探讨不同温度下酸碱两步法处理硬质合金的效果上的差异。最后，在酸碱两步法中对处理时残留在硬质合金基体表面的化学试剂的清洗方法一直是层出不穷，各种各样的都有报道[45-54]。所以，对清洗过程进行探讨具有较强的实践指导意义。

碱处理后硬质合金表面形貌及成分，(a)MK0;(b)MK5；(c)MK10；(d)MK15；(e)MK20；(f)MK25；(g)MK30
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TG711

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本文编号：2686204