硬质合金表面过渡层/金刚石薄膜的制备与力学性能的研究

发布时间：2021-06-13 05:45

　　金刚石涂层硬质合金刀具是采用化学气相沉积法在硬质合金刀具表面沉积金刚石薄膜制备而成,其兼备了硬质合金与金刚石的性能,是加工复合材料、有色金属及合金等材料的理想刀具材料。然而,硬质合金中存在粘结相Co,而在化学气相沉积金刚石的过程中,碳在Co中有很大的溶解性和较高的扩散系数,严重影响了金刚石膜的成核和生长,同时钴还促进石墨生长,大大降低了金刚石薄膜的粘结性能,成为限制金刚石涂层硬质合金刀具产品大规模工业化应用的主要障碍。本论文以酸洗法与过渡层法相结合,即以去除钴与钴阻挡相结合的方式消除硬质合金基底相中的钴对金刚石薄膜成核与生长的负面影响。采用磁控溅射法在酸洗后的硬质合金基底上分别制备了Ti N、Ti C、Cr N、Si N四种过渡层,并在过渡层表面以热丝化学气相沉积法生长了金刚石薄膜。对基底相、过渡层与金刚石薄膜进行了结构与形貌的测试与分析,表明酸洗法可有效去除硬质合金表面的粘结相Co,金刚石薄膜分别成功沉积于Ti N、Ti C、Cr N和Si N四种过渡层表面。根据过渡层是否与硬质合金基底和金刚石薄膜反应,将此四种过渡层分为与金刚石薄膜反应型、与基底反应型和无反应型三类,其中与金刚石薄... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 硬质合金表面预处理工艺概述
        1.1.1 硬质合金表面预处理的国内外研究现状及进展
        1.1.2 本论文硬质合金表面预处理方案
    1.2 论文的研究意义和主要研究内容
        1.2.1 论文的研究意义
        1.2.2 论文的主要研究内容
        1.2.3 论文中所碰到的研究难点
第二章 过渡层与金刚石薄膜的制备及其表征方法
    2.1 过渡层与金刚石薄膜的制备方法
        2.1.1 磁控溅射法
        2.1.2 热丝化学气相沉积
    2.2 硬质合金表面金刚石薄膜的制备
        2.2.1 硬质合金基底预处理
        2.2.2 过渡层沉积
        2.2.3 超声植晶
        2.2.4 金刚石薄膜沉积
    2.3 过渡层与金刚石薄膜的表征方法
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) & 能谱仪(EDS)
        2.3.3 激光拉曼(Raman)
        2.3.4 原位纳米力学测试系统
        2.3.5 维氏硬度测试(维氏硬度仪)
        2.3.6 摩擦磨损测试(高温摩擦磨损试验机)
第三章 基底相、金刚石和过渡层薄膜结构与形貌研究
    3.1 抛光后硬质合金基底XRD & SEM分析
    3.2 酸洗后衬底SEM&EDX分析
    3.3 过渡层薄膜掠射角XRD&SEM分析
    3.4 金刚石薄膜掠射角XRD & SEM分析
    3.5 金刚石薄膜Raman分析
    3.6 本章小结
第四章 基底相、过渡层与金刚石薄膜力学性能的研究
    4.1 基底相、过渡层与金刚石薄膜的原位纳米力学测试
    4.2 金刚石薄膜维氏硬度测试
        4.2.1 未施加过渡层金刚石薄膜维氏硬度测试
        4.2.2 TiN过渡层法所制备金刚石薄膜维氏硬度测试
        4.2.3 TiC过渡层法所制备金刚石薄膜维氏硬度测试
        4.2.4 CrN过渡层法所制备金刚石薄膜维氏硬度测试
        4.2.5 SiN过渡层法所制备金刚石薄膜维氏硬度测试
    4.3 优化条件下金刚石薄膜常温抗摩擦磨损性能研究
        4.3.1 金刚石薄膜样品TiN10800 常温摩擦磨损测试
        4.3.2 金刚石薄膜样品TiC-12.5-800 常温摩擦磨损测试
        4.3.3 金刚石薄膜样品CrN10800 常温摩擦磨损测试
        4.3.4 金刚石薄膜样品SiN10800 常温摩擦磨损测试
    4.4 优化条件下刀具的制备与表征
        4.4.1 优化条件下硬质合金刀具表面金刚石薄膜的制备
        4.4.2 硬质合金刀具表面金刚石薄膜的的结构及形貌研究
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间公开发表论文/申请专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]衬底温度对射频磁控溅射制备氮化硅薄膜的影响[J]. 孙科沸,李子全,李鑫.  半导体技术. 2007(06)
[2]磁控反应溅射法低温制备氮化硅薄膜[J]. 邱春文,陈雄文,石旺舟,欧阳艳东.  汕头大学学报(自然科学版). 2003(02)
[3]金刚石薄膜膜基界面结合强度测量技术的研究进展[J]. 简小刚,孙方宏,赵国伟,刘国良,陈明.  金刚石与磨料磨具工程. 2002(03)
[4]等离子体刻蚀处理对金刚石膜粘附性能的影响[J]. 匡同春,代明江,周克崧,刘正义,王德政.  功能材料. 1998(05)
[5]激光拉曼光谱在CVD金刚石薄膜质量表征中的应用[J]. 匡同春,刘正义.  理化检验(物理分册). 1997(07)

博士论文
[1]热丝化学气相沉积制备超薄纳米金刚石膜研究[D]. 郝天亮.浙江大学 2006
[2]硬质合金基体表面预处理及其金刚石涂层的研究[D]. 刘沙.中南大学 2003
[3]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[D]. 杨仕娥.郑州大学 2002

硕士论文
[1]硬质合金表面处理及其热丝化学气相沉积金刚石薄膜研究[D]. 欧阳舒.中国地质大学（北京） 2013
[2]硬质合金/金刚石薄膜的制备和附着性能的研究[D]. 杨莉.中南大学 2004
[3]热丝化学气相沉积金刚石膜的研究[D]. 孙心瑗.湖南大学 2004
[4]硬质合金上MPCVD法沉积金刚石薄膜的研究[D]. 柴欣.武汉理工大学 2002



本文编号：3227117