无机非金属材料工程导论论文.docx

无机非金属材料工程导论论文.docx标题:高性能CVD金刚石薄膜涂层刀具的研究进展姓名:罗敏一学号:2010440791班级:无机普2010级01班高性能CVD金刚石薄膜涂层刀具的研究进展摘要:CVD金刚石薄膜涂层刀具制造设备投资小,性能价格比高,极富市场竞争力,因而可成为高效高精度切削加工有色金属及其合金、复合材料和硬脆非金属材料的最理想的新一代刀具材料。关键词:CVD金刚石薄膜涂层刀具化学气相沉积法刀具性能1引言金刚石薄膜在力学方面具有许多独特的优良性能,它接近天然金刚石的硬度和耐磨性,具有低摩擦系数、低热膨胀系数、高热导率以及高化学稳定性等特性,从而使其在工模具和耐磨器件领域具有广阔的应用前景,已成为理想的刀具材料。用金刚石刀具切削硅铝合金等硬质材料时具有加工精度高、切削寿命长、切削力小及加工效率高等优点。随着汽车工业的发展对金刚石刀具需求量越来越大,天然单晶金刚石和人造聚晶金刚石刀具制造工艺复杂成本较高,而用化学气相沉积方法在硬质合金表面生长一层金刚石薄膜制成的刀具具有金刚石的特性,而且制造简单成本较低,是较好的替代品。目前国内外研究单位都在积极开发金刚石薄膜涂层刀具,但未形成规模生产和应用,原因是涂层工艺基体材料及刀具儿何参数还不能保证。CVD金刚石薄膜涂层刀具是在刀具基体上直接沉积金刚石薄膜,因而适用于制造复杂形状的刀具。与其他金刚石刀具相比,CVD金刚石薄膜涂层刀具制造设备投资小,性能价格比高,极富市场竞争力,因而可成为高效高精度切削加工有色金属及其合金、复合材料和硬脆非金属材料的最理想的新一代刀具材料。2CVD金刚石薄膜涂层刀具制备工艺•化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积(CVD)属于原子沉积类,是利用气态的先驱反应物通过原子、分子间化学反应的途径生成固态涂层的技术。基于此特点,CVD过程大多在相对较高的压力和较高的沉积温度环境下进行,因为较高的压力有助于提高涂层的沉积速率。较高的沉积温度可保证化学反应的顺利进行。CVD涂层工艺温度约为1000°C,结合力可靠,但也带来了一些性能上的缺陷,如刀具切削刃需经过钝化预处理,刀具表而易出现残余拉应力,且不能用于高速钢刀具表面涂层;另外CVD技术的沉积温度太高,超过了许多材料的热处理温度,在这样高的沉积温度下。镀层和硬质合金基体材料都面临着晶粒长大和失碳问题,从而产生一种或几种复式碳化物,即所谓的4相,且通常生成在涂层和基体的界面特别是刃口上。这种相很脆,降低硬质合金的抗弯强度,同时增大刃口的脆性,从而导致刀刃在使用过程中过早损坏。涂层表面状态和切削用量对金刚石薄膜涂层刀具损坏形式有很大影响。未研磨的金刚石薄膜涂层刀具表面较粗糙,切屑沿前刀面流出时摩擦阻力较大,切削铝合金等时被切削材料容易在前刀面粘附并进而形成较大的积屑瘤,切削过程中积屑瘤频繁脱落,将对金刚石薄膜产生周期性的剥离作用,从而容易使金刚石薄膜从基体剥落。相反,对金刚石薄膜涂层刀具前刀面进行适当的研磨后,切屑在前刀面的粘附大幅度下降,只在刀刃处有较小的积屑瘤产生,金刚石薄膜涂层刀具的切削性能得到极大提高,可以较高的切削速度进行长时间稳定切削(图)(wc,Tic等)和金属粘结剂(如Co)的粉末高温下烧结而成的,硬质合金可分为WC基和TiC基两大类。我国最常用的碳化钩基硬质合金有钩钻类和磚钛钻类。(1)wc一co(YG)类硬质合金,这类合金由wC和Co组成。常用牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8等含Co量分别为3%、6%、6%、8%,主要用于加工铸铁及有色金属°(2)wc〜Tic—co(YT)类硬质合金,这类合金中的硬质相处WC外,还含有5〜30%的TiC。常用以上二类都是WC基硬质合牌号有YT5、YT14、YT15及YT30,金,在实际生产屮较为常用,表1Tic含量分别为5%、14%、15%为常用硬质合金的化学成分、机和30%,相应的钻含量为10%、械性能及用途。8%、6%及4%,。随着合金成分屮Tic含量的提具制造高和CO含量的降低,硬度和耐磨1)表面预处理性提高,抗弯强度则降低。与YG①表面的净化与粗化类硬质合金比较,YT类台金的硬基体表面净化、粗化处理的度提高了,但抗弯强度、特别是主要目的是清除硬质合金刀具在冲击韧性却显著降低。制造过程中不可避免地残留在基(3)WC—TiC—Tac(NbC)—体表面上的污染物、吸附物、氧Co(YG)类硬质合金,这是在YT化物,改变基底表面的微观结构,类硬质合金成分中加入一定数量去除表面附着强度较低的WC颗的Tac(Nbc),常用牌号有Ywl和粒,增加反应气源与基体的接触Yw2,加\Tac(Noc)可提高抗弯强而积,增加基底表面的表而能,度、疲劳强