Mo基过渡层硬质合金金刚石涂层的制备研究

发布时间：2017-04-08 09:04

  本文关键词：Mo基过渡层硬质合金金刚石涂层的制备研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金刚石涂层硬质合金不仅具有金刚石的高硬度和强耐磨损等优点,而且兼具了硬质合金的高韧性、高抗冲击性能等优良特性,是最具发展前途的刀具材料之一。但是硬质合金基体中Co金属粘结相易引起碳的溶解,抑制金刚石的形核和生长,严重影响了金刚石涂层与基体的结合强度,制约了其在加工制造业的广泛应用。采用双辉等离子渗金属技术制备的过渡层既可以与硬质合金基体形成具有高结合强度的冶金结合,又可以阻碍硬质合金基体中粘结相Co向外扩散,有效地增强金刚石涂层的结合强度。但在高温渗金属过程中,极易造成基体脱碳,在次表层形成较为疏松的脆性金属间化合物η相,造成刀具抗弯强度的降低和脆性的增大,从而影响其使用性能。在硬质合金基体表面制备Mo基过渡层的过程中,通入一定量的含碳气体,可以避免η相的形成,同时也可以使过渡层中形成高硬度的碳化物相,提高刀具的切削性能和抗冲击性能。本文采用双辉等离子体渗金属技术,以金属Mo为源极靶材,在Ar保护气氛中通入一定量的CH4作为碳源,在基体表面制备Mo基过渡层。通过研究CH4浓度、基体温度、源极与阴极间电位差对过渡层的表面形貌、物相组成及结合性能的影响规律,优化过渡层的制备工艺。然后,采用自行研制的TYUT型高功率MPCVD装置,在优化后的Mo基过渡层表面进行金刚石涂层的沉积实验。所得到的主要研究结论如下:(1)随CH4浓度的增加,过渡层中η相含量逐渐减少直至消失,Mo2C和MoC含量逐渐增加,但结合强度降低。(2)基体温度较低时,过渡层由纳米颗粒组成的胞状结构组成,结合强度较差;随着基体温度升高,胞状结构结合并直至消失,过渡层的连续性、致密性、平整度及结合强度均有所提高;而基体温度过高时,结合强度转而变差。(3)随电位差的增大,过渡层的表面形貌变化不大,但Mo和Mo2C相相对增多;电位差过低或过高时,均会出现η相,且过渡层的结合强度较差。(4)在优化后的过渡层上沉积了连续致密的微米金刚石涂层;C元素的扩散导致过渡层中Mo被碳化,且使部分Mo2C转化为MoC,同时过渡层完全阻挡了Co粘结相的向外扩散,有利于增强涂层的结合强度。
【关键词】：双层辉光等离子渗金属 η相 结合强度 硬质合金 过渡层 MPCVD 金刚石涂层
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 金刚石涂层刀具9
• 1.2 金刚石涂层的制备技术9-12
• 1.3 影响金刚石涂层附着力的主要因素及解决方案12-15
• 1.3.1 影响金刚石涂层附着力的主要因素12-13
• 1.3.2 改善金刚石涂层结合强度的方法13-15
• 1.4 过渡层材料选择原则及制备方法15-16
• 1.4.1 选择过渡层材料的原则15
• 1.4.2 过渡层的制备方法15-16
• 1.5 双辉等离子表面合金化技术16-17
• 1.6 本课题的提出及主要研究内容17-19
• 1.6.1 本课题的提出17-18
• 1.6.2 本文的主要研究内容18-19
• 第二章 实验设备及表征方法19-23
• 2.1 实验材料与实验装置19-20
• 2.2 过渡层及金刚石涂层的表征方法20-23
• 2.2.1 X射线衍射（XRD）20
• 2.2.2 激光拉曼（Roman）散射光谱20-21
• 2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）21
• 2.2.4 压痕测试法21-23
• 第三章 CH_4浓度对Mo基过渡层的影响23-31
• 3.1 CH_4浓度对过渡层表面形貌及组成的影响23-26
• 3.2 CH_4浓度对过渡层截面结构及结合性能的影响26-28
• 3.3 本章小结28-31
• 第四章 基体温度对Mo基过渡层的影响31-37
• 4.1 基体温度对过渡层表面形貌及组成的影响31-33
• 4.2 基体温度对过渡层截面结构及结合性能的影响33-36
• 4.3 本章小结36-37
• 第五章 源极与阴极间电位差对Mo基过渡层的影响37-43
• 5.1 电位差对过渡层表面形貌及组成的影响37-39
• 5.2 电位差对过渡层截面结构及结合性能的影响39-42
• 5.3 本章小结42-43
• 第六章 金刚石涂层的制备43-49
• 6.1 金刚石涂层的表面形貌及物相组成43-45
• 6.2 金刚石涂层的截面形貌及结合性能45-46
• 6.3 本章小结46-49
• 第七章 结论与展望49-51
• 7.1 结论49
• 7.2 展望49-51
• 参考文献51-59
• 致谢59-61
• 硕士研究生期间发表的研究论文及科研成果61

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本文编号：292501