等离子体硼氮共渗预处理对硬质合金刀具表面金刚石涂层影响研究

发布时间：2017-10-23 19:00

  本文关键词：等离子体硼氮共渗预处理对硬质合金刀具表面金刚石涂层影响研究

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【摘要】：在硬质合金刀具表面沉积金刚石涂层是提高其切削寿命和切削性能的有效途径,然而在金刚石涂层沉积过程中由于刀具基材中钴催化石墨生长会导致涂层-基体之间结合力差,涂层刀具性能变坏从而阻碍了金刚石涂层工具的产业化应用。本文采用两种等离子体钝化预处理方法(等离子体硼氮共渗预处理、等离子体渗硼预处理)和传统MC试剂预处理方法抑制钴的有害作用,再利用自制的石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置,以甲烷、氢气和氩气为原料,在预处理后的硬质合金刀具上制备金刚石涂层。研究表明:(1)通过等离子体硼氮共渗预处理,在硬质合金刀具表层获得以Co WB化合物为主的钝化层,钝化层致密、均匀,无单独钴相存在。单位质量下硼原子平均摩尔百分比为77.24%,预处理温度为700℃。在其表面制备出纳米金刚石涂层,经压痕试验和切削实验检测发现膜压痕半径最小、切削寿命最长。(2)通过等离子体渗硼预处理在硬质合金刀具表层形成以Co WB、Co W2B2化合物为主的钝化层,可有效固化钴原子。EDX能谱分析发现钝化层中硼原子平均摩尔百分比为36.45%,表面可沉积出纳米金刚石涂层,其压痕半径和切削寿命差于硼氮共渗。(3)MC试剂处理得到的表面硬度最低、粗糙度最大,在MC试剂处理刀具表面同样可沉积出纳米金刚石涂层但其压痕半径最大、切削寿命最短。(4)MC法预处理、等离子体渗硼、离子体硼氮共渗三种不同预处理膜-基界面石墨含量依次降低,涂层结合强度和切削性能逐渐提高。本文对比了三种预处理方法对膜-基结合力的影响,并从预处理表面特征(MC及钝化层外观性能、物相组成、渗硼量、渗硼温度),金刚石薄膜性能(外观、晶粒尺寸),膜压痕实验,切削实验四个方面做了深入研究,结果表明等离子体硼氮共渗预处理是提高膜-基结合力的一种有效方法。
【关键词】：MPCVD 等离子体 硼氮共渗 纳米金刚石膜 硬质合金
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TG711
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-29
• 1.1 引言9
• 1.2 金刚石的特性与应用9-13
• 1.2.1 金刚石的晶体结构和形态9-10
• 1.2.2 金刚石的性质和应用10-13
• 1.3 金刚石膜的制备方法和机理13-19
• 1.3.1 金刚石膜的制备方法13-15
• 1.3.2 CVD金刚石膜的生长机理15-17
• 1.3.3 影响CVD金刚石膜生长的因素17-19
• 1.4 硬质合金19-20
• 1.4.1 硬质合金分类19
• 1.4.2 硬质合金制备与性能19-20
• 1.5 CVD金刚石涂层刀具技术的研究状况20-22
• 1.5.1 CVD金刚石膜在硬质合金刀具上的研究状况20-21
• 1.5.2 纳米金刚石涂层刀具的研究状况21-22
• 1.6 影响CVD金刚石涂层工具性能的主要因素22-27
• 1.6.1 金刚石涂层与硬质合金附着力22-26
• 1.6.2 金刚石薄膜表面粗糙度26-27
• 1.7 论文的研究意义和主要研究内容及方法27-29
• 1.7.1 研究意义27-28
• 1.7.2 研究的主要内容和方法28-29
• 2 MPCVD沉积装置与金刚石膜的表征技术29-35
• 2.1 MPCVD技术的优点29-30
• 2.2 MPCVD金刚石膜沉积装置30-33
• 2.2.1 微波源30
• 2.2.2 微波传输与转换系统30-32
• 2.2.3 进气和冷却系统32
• 2.2.4 沉积装置32-33
• 2.2.5 真空系统33
• 2.2.6 外接液态源33
• 2.3 金刚石薄膜的表征方法33-35
• 2.3.1 拉曼光谱（Raman）34-35
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）35
• 2.3.3 数显显微维氏硬度计（VTD512）35
• 3 微波等离子体钝化预处理及MC试剂预处理35-47
• 3.1 硬质合金WC-6%WT.CO的等离子体钝化预处理36-41
• 3.1.1 微波等离子体硼氮共渗预处理36-39
• 3.1.2 微波等离子体渗硼预处理39-41
• 3.2 硬质合金刀片WC-6%WT.CO的MC试剂预处理41-42
• 3.3 微波等离子体钝化预处理与MC预处理结果讨论42-47
• 4 CVD金刚石涂层的制备及表征47-53
• 4.1 CVD金刚石涂层的制备及表征47-52
• 4.2 本章小结52-53
• 5 CVD金刚石涂层结合力53-59
• 5.1 金刚石涂层内应力53-55
• 5.1.1 金刚石涂层内应力概述53
• 5.1.2 金刚石涂层内应力分析53-55
• 5.2 膜-基中间层物相分析55-56
• 5.3 金刚石涂层硬质合金刀具压痕分析56-57
• 5.4 金刚石涂层硬质合金刀具的车削实验57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-69
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果69

【共引文献】

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本文编号：1084856