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类金刚石膜超硬材料涂层

时间:2011-05-31 09:12:58 来源:未知
CVD、PVD等技术的出现,是切削工具领域中的一次重大的革命。它的出现立即引起了机械制造领域的巨大反响,理想的切削工具应当是既有硬的表面,又有高的韧性,涂层技术便达到了这个目标。 最早的涂层材料都是陶瓷性质的物质,如TiN、TiC、Al2O3等,近年来,涂层技术又有了很大的发展。超硬材料涂层正在得到全面应用,许多产品相继出现在市场上,但国内尚处在实验阶段,预计也会很快突破,超硬材料涂层的发展,使整个现有的切削工具的性能都明显得到了提高,面对当前大量涌现的难加工材料,这些新发展的涂层技术将有巨大的适应能力,前景相当喜人。 

    超硬材料涂层的种类共有三大类,即类金刚石、金刚石和CBN。这些涂层材料均为纯金刚石或纯CBN,所以硬度与沉积的材料是相同的,和PCD与PCBN相比,因不含结合剂,所以硬度、耐磨性等均有较大的提高。 

    金刚石涂层和CBN涂层的性能与原材料是相同的,只是薄膜而已,使用时与陶瓷涂层类同。

    这里着重介绍类金刚石膜。 

    类金刚石碳(Diamond-LikeCarbon,简称DLC)膜具有与金刚石膜相似的优异性能,其抗摩擦磨损性能良好,且DLC膜制备工艺日趋成熟,可以在很低的沉积温度下获得大面积且表面粗糙度小的DLC膜,而金刚石薄膜则要求较高的沉积温度(约800℃~1000℃),因此,许多基体材料受到限制,如高速钢,而且在大面积上沉积均匀也比较困难,表面也粗糙。因此,DLC膜在许多场合更易获得应用,如可作磁盘的保护膜。 

    在涂层切削工具的使用方面,和陶瓷涂层的一样,涂层基体也必须作很好的处理。一般基体的硬质合金为YG8,其预处理工艺首先用W1金刚石微粉抛光,再进行表面脱钴15min,脱钴液为1:3硝酸水溶液,然后在丙酮中超声波清洗10min。基体在涂复之前,清洗的工作极为重要。如果是切削工具,在刃磨中必须保证不能退火。

    由于超硬材料涂复的技术历史尚短,还处在发展之中。相信它也会和陶瓷涂层技术一样,会更加完善。 

    厚膜金刚石 

    金刚石薄膜的合成技术和应用研究在全球范围发展极为迅速,形成了“金刚石薄膜热”。在这十多年内,气相合成的方法发展到二十多种,一般沉积的速度每小时只1~2μm,如何加快沉积速度一直是人们研究的课题。在近期沉积速度发展到了100μm/h以上,最高达到930μm/h。我们称之为厚膜金刚石。我国东方天地金刚石研究所成功地掌握了这门技术,最大的沉积厚度达到了2.3mm。现在已商品化,进入了国际先进行列。 

    厚膜金刚石不同于PCD之处是没有结合剂,是纯金刚石,所以它的硬度高得多,与天然金刚石不同,它具有各向同性,成本低,因此在许多方面将取代PCD。用作拔丝模将是均匀磨损,因此拔丝的线材质量明显优于天然金刚石模具。如果沉积质量进一步提高,在超精密加工中也有取代天然金刚石的可能,因此颇受超精密领域的重视。