近日，上海交通大學孫方宏等在Journal of Manufacturing Processes上發表題為“Fabrication and grinding performance of CVD diamond coated Ni-based brazed diamond grinding tools”的文章。文章針對單層釬焊金剛石磨具在硬脆材料精密磨削中存在的切削刃少、磨粒易宏觀破碎導致鋒利度下降的問題，提出了利用熱絲化學氣相沉積(HFCVD)技術在鎳基釬焊金剛石磨具表面沉積金剛石涂層的方法。通過分子動力學(MD)模擬揭示碳原子在釬料表面的沉積機制，實驗結果表明，沉積的金剛石涂層在磨粒和釬焊材料上形成了多晶微刃結構，顯著降低了釬焊材料中的Ni含量(降至1%)，增加了C含量(增至99%)。在氧化鋁陶瓷上的磨削實驗證明，隨著沉積時間增加，微刃平均高度增加，工件表面粗糙度降低。后期生長的金剛石涂層磨具主要呈現輕微磨損和微破碎特征。磨削力和溫度測量結果表明，金剛石涂層的生長增加了厚度，提高了未涂層磨粒的硬度、耐磨性和導熱性，同時微切削刃進一步提高了磨粒鋒利度并減少了磨粒-工件摩擦。研究得到了國家自然科學基金項目(No.52175424)的資助。

文章亮點：

 1. 成功地在Ni基釬焊金剛石磨具的復雜表面上沉積CVD金剛石涂層。

 2. 通過分子動力學模擬深入揭示了碳原子在Ni-Cr-Fe多晶合金釬料表面的沉積機制(碳-金屬結合成碳化物、金屬催化石墨化、遠離金屬原子處形成金剛石結構)。

 3．沉積的金剛石涂層覆蓋磨粒形成微晶微刃結構增加鋒利度，同時也覆蓋釬料基體。涂層本身的高硬度、高耐磨性、高熱導率提升了磨粒的整體性能，顯著延長了工具壽命。

研究背景：

單層釬焊金剛石磨具因其高把持強度、高凸出度和充足的容屑空間，在硬脆材料(如玻璃、陶瓷)磨削中應用廣泛。但其單個磨粒切削刃數量少，導致磨粒-工件接觸面積增大，磨削力升高。同時Ni基釬料硬度大、厚度高，影響磨粒凸出高度，易導致磨粒宏觀破碎，降低使用壽命。現有銳化方法(如機械修整、激光織構化)易引發磨粒石墨化或熱損傷，削弱硬度與耐磨性，縮短工具壽命。

HFCVD技術能制備具有微晶結構(即微刃)的CVD金剛石磨粒，提升鋒利度。但此前該技術主要用于硬質合金或碳化硅陶瓷基體，在釬焊磨具基體(特別是Ni基)上沉積金剛石涂層及其機制研究尚屬空白。