金剛石涂層用作涂層材料,對于切削加工碳纖維增強復合材料、金屬基復合材料等難加工材料意義重大。金剛石涂層刀具結合了金剛石硬度最高、摩擦系數低、導熱性能最好和硬質合金的韌性好、成本低的優點,成為切削加工的理想選擇。當金剛石涂層刀具采用單層燈絲進行沉積時,沉積過程中沿刀具縱向溫度變化梯度大,涂層長度短,不能滿足實際加工需要。因此,增加涂層長度是突出需要解決的問題。
以 CH4和 H2作為反應氣體,采用雙層燈絲結構,使用電子輔助熱絲化學氣相沉積法在復雜形狀刀具上制備金剛石薄膜,通過掃描電子顯微鏡和拉曼光譜檢測薄膜的形貌和質量。
可以得到結果如下:
(1)通過合理排布燈絲,可以使沿刀具軸向溫度梯度減小;改變燈絲碳化參數,可以使燈絲沉積過程中穩定供能。
(2)使用雙層燈絲結構在硬質合金基體上沉積了金剛石薄膜,薄膜分析結果表明,金剛石生長完好,涂層長度加長,沉積速率加快。
(3)溫度對于金剛石形貌影響很大。鉆頭頂端溫度最高,所得到的金剛石薄膜質量最好,微米金剛石的棱角分明。拉曼光譜僅顯示出金剛石的特征峰,表明金剛石薄膜成分較純。沿著鉆頭軸向溫度逐漸降低,金剛石由顆粒狀向團簇狀轉變,尺寸減小。
有關實驗采用電子輔助熱絲化學氣相沉積(EA-HFCVD)法,在硬質合金 YG6X 基體上沉積金剛石薄膜,運用 SEM 分析涂層鉆頭表面形貌,通過拉曼光譜分析涂層鉆頭質量,并探究了 Ta 絲穩定性的影響因素。得出如下結論:
(1)市售 YG6X 硬質合金材料成分和形貌差別很大,其中優質的硬質合金成分均勻,除 C、O、Co、W 元素不含其它雜質元素,且 Co 元素含量介于 5%和 6%之間,晶粒尺寸均一。
(2)雙層燈絲下沉積金剛石薄膜所需 Ta 絲的抗拉強度要大于 600 MPa。Ta 絲穩定性受 Ta 絲抗拉強度和雙層 Ta 絲電阻差異這些因素的影響。Ta 絲抗拉強度越高,Ta 絲穩定性越好;雙層 Ta 絲電阻差異越大,Ta 絲穩定性越差。
(3)使用雙層燈絲結構在硬質合金鉆頭上沉積了金剛石薄膜,薄膜分析結果表明,雙層燈絲結構可以有效加長涂層長度,所沉積的金剛石生長良好,生長速率加快。
(4)溫度對于金剛石形貌影響很大。鉆頭頂端溫度最高,所得到的金剛石薄膜質量最好,微米金剛石的棱角分明。拉曼光譜僅顯示出金剛石的特征峰,表明薄膜成分較純,為金剛石薄膜結構。沿著鉆頭軸向溫度逐漸降低,金剛石由顆粒狀向團簇狀轉變,尺寸減小。