金刚石的表面刻蚀及其铬铁复合镀层的制备与性能

发布时间：2021-09-23 00:25

　　金刚石因其强度好、硬度佳、热膨胀系数低等优势,已在诸多领域广泛应用。由于金刚石固有的尺寸弊端,需附着在结合剂（如铁基结合剂）基体上方能制备成形状各异的工具。然而金刚石光滑且难润湿的特性使得其与基体之间的界面结合能力差,结合强度低,故而制约了其力学性能的发挥。为此,本论文通过金刚石的表面刻蚀和表面沉积铬-铁复合镀层两种策略以增强金刚石与结合剂之间的附着力,具体如下:（1）以铁粉为催化剂,硫酸铁为刻蚀添加剂,通过材料配比-真空烧结两步工艺加速金刚石刻蚀过程。通过优化材料配比和真空烧结过程中的工艺参数,结合相应表征技术,系统探究了原料配比、刻蚀添加剂、铁粉粒度、烧结温度和保温时间这五种因素对金刚石刻蚀前后的表面形貌和性能的影响,得出了最优的金刚石刻蚀工艺。结果表明,温度对金刚石的刻蚀作用最为显著,随温度升高,金刚石{111}面刻蚀坑倾向于横向铺展,其形状为多边形,而{100}面的刻蚀坑形状由圆/椭圆形逐渐向规则四边形演变;与原始金刚石相比,经900℃刻蚀后,金刚石质量下降幅度仅为1.18wt.%,单颗粒抗压强度与冲击韧性的降低幅度仅为4.80%和4.59%。最后的刻蚀机理分析显示金刚石石墨化... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a)立方晶体结构;(b)六方晶体结构

具行业的各种需要。但是金刚石是各种范畴金刚石工具的主体，金刚石与结合剂间的结合力直接决定着工具的使用性能，这是所有金刚石工具不可避免的问题。研究表明，金刚石表面刻蚀可以增强金刚石与结合剂之间的界面结合强度、降低工具中金刚石的非磨削损耗，提高金刚石工具的切削效率，延长使用寿命[3]。金刚石表面刻蚀会在其表面形成具有一定形状和大小的刻蚀坑，增大了金刚石表面的单位面积。刻蚀后的金刚石与结合剂材料复合时，其接触面积明显增大，与此同时利用金刚石表面的刻蚀坑与结合剂之间形成“锚定结合”[4]（如图1-2所示），从而了增加了两者之间的界面结合力[5]。除此之外，许多研究还发现了通过在金刚石表面制备镀层同样可以提高金刚石与结合剂间的结合强度[6-9]。其原因是金刚石表面镀层的存在不仅弥补了金刚石合成过程的微裂纹、避免金刚石发生高温石墨化，而且使金刚石具有了金属或类金属性能[10,11]。金刚石表面镀层与结合剂的浸润性优于金刚石与结合剂的润湿性，故此金刚石表面镀层作为金刚石和结合剂之间的过渡层，降低了金刚石的表面能，从而增强了金刚石与结合剂间的结合力。综上所述，金刚石表面刻蚀和在其表面制备镀层可以提高金刚石与结合剂之间的结合强度，这对金刚石工具性能的改善具有重要的实际应用意义。图1-2金刚石与结合剂的结合状态示意图[2]1.3金刚石表面刻蚀的国内外研究现状金刚石的高硬度、高耐磨和高强度等卓越的机械性能使得其表面只能通过化学

第2章实验材料、设备及分析测试手段-11-表2-2实验仪器列表仪器名称设备型号生产厂家X射线衍射仪D/MAX-2500/PC日本理学公司扫描电子显微镜S-4800日本Hitachi公司拉曼光谱仪RM2000英国RENISHAW公司电子分析天平MS105DU瑞士苏黎世梅特勒-托利多集团真空微蒸发镀膜机实验室自制数控超声波清洗器KQ-300DE昆山市超声仪器有限公司电烘箱YNHT-20吴江亿能烘箱制造有限公司金刚石静压强度测定仪ZMC-型郑州磨料磨具磨削研究所金刚石冲击韧性测定仪CYCJ-04A型郑州磨料磨具磨削研究所2.2实验过程2.2.1金刚石刻蚀工艺金刚石刻蚀工艺示意图如图2-1所示。图2-1金刚石单晶刻蚀流程示意图原料的预处理、表面刻蚀及提纯详述（1）金刚石表面预处理:由于金刚石亲油疏水的特性，故此在刻蚀金刚石之前，为了排除杂质的干扰，需要对其进行表面净化处理。首先用1mol/L的稀盐酸溶液酸洗、其次用1mol/L的氢氧化钠溶液碱洗金刚石去除表面油污，然后用蒸馏水冲洗金刚石至水溶液PH=7，最终得到纯净的金刚石。


本文编号：3404655