本文關(guān)鍵詞：CVD金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具Ta_xC過(guò)渡層的制備及其性能研究

  更多相關(guān)文章： Ta_xC過(guò)渡層 Mo促形核層 雙輝等離子體表面合金化 CVD金剛石涂層 硬質(zhì)合金 結(jié)合強(qiáng)度

【摘要】：化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備的金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具,因其同時(shí)兼?zhèn)浣饎偸母哂捕群陀操|(zhì)合金的強(qiáng)韌性,在有色金屬及其合金、碳纖維復(fù)合材料以及高硅鋁合金等材料加工領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而,在金剛石涂層刀具工業(yè)化應(yīng)用過(guò)程中,存在兩個(gè)發(fā)展局限:金剛石涂層與硬質(zhì)合金基底間結(jié)合強(qiáng)度不足和金剛石涂層表面粗糙度較大。金剛石涂層的結(jié)合強(qiáng)度不足主要由于硬質(zhì)合金中粘結(jié)相Co會(huì)抑制金剛石形核、促進(jìn)石墨相的產(chǎn)生所致,這使得金剛石涂層刀具不適用于高速、高進(jìn)給等產(chǎn)生較大切削力的工作情況。而金剛石涂層表面粗糙度較大影響了加工面的加工精度和表面光潔度。鑒于此,本論文提出采用施加過(guò)渡層法來(lái)提高金剛石涂層的結(jié)合強(qiáng)度,而這其中的關(guān)鍵是提高過(guò)渡層與硬質(zhì)合金間的結(jié)合強(qiáng)度。雙輝等離子體表面合金化技術(shù)(DGPSA)能夠在基體表面制備出呈冶金結(jié)合的涂層,膜/基結(jié)合強(qiáng)度高。因此,本論文采用DGPSA技術(shù)在硬質(zhì)合金表面制備了TaxC過(guò)渡層,并采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法在過(guò)渡層表面沉積了一層金剛石涂層。之后,為降低金剛石涂層的表面粗糙度,在性能最優(yōu)的TaxC過(guò)渡層表面制備一層Mo促形核層,形成TaxC/Mo雙層過(guò)渡層,然后進(jìn)行金剛石涂層的沉積。采用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、X射線光電子能譜儀、原子力顯微鏡、洛氏壓痕實(shí)驗(yàn)等多種方法對(duì)TaxC過(guò)渡層、TaxC/Mo雙層過(guò)渡層及金剛石涂層進(jìn)行了一系列組織和性能的表征分析。論文研究了不同基體溫度對(duì)所得TaxC過(guò)渡層的影響,結(jié)果表明所制備的過(guò)渡層由Ta2C和Ta C納米晶粒組成,過(guò)渡層表面呈現(xiàn)出特殊的圓環(huán)或凹坑形貌,且過(guò)渡層的成膜機(jī)制符合薄膜區(qū)域結(jié)構(gòu)模型。基體溫度對(duì)過(guò)渡層的組織性能有較大的影響,800℃時(shí)所制備的TaxC過(guò)渡層組織最致密,顯微硬度最高,耐磨性最好,與基體結(jié)合強(qiáng)度最大,綜合性能最為優(yōu)異,并且在其表面沉積的金剛石涂層與基體間結(jié)合強(qiáng)度較高,這說(shuō)明TaxC過(guò)渡層有效地抑制了基體中Co元素的向外擴(kuò)散。之后,通過(guò)對(duì)TaxC/Mo雙層過(guò)渡層的研究發(fā)現(xiàn),增加一層Mo促形核層后,所沉積的金剛石形核密度大大增加,且金剛石涂層依然具有高的結(jié)合強(qiáng)度,對(duì)比TaxC過(guò)渡層表面金剛石的沉積,沉積效率由2.0μm/h提高到3.1μm/h,金剛石表面粗糙度(RMS)由263 nm降至168 nm。本論文采用DGPSA技術(shù)制備出TaxC過(guò)渡層增強(qiáng)了金剛石涂層與硬質(zhì)合金基體間的結(jié)合強(qiáng)度,增加Mo促形核層降低了金剛石涂層的表面粗糙度,這為解決金剛石涂層刀具的發(fā)展問(wèn)題提供了新思路和新方法。
【關(guān)鍵詞】：Ta_xC過(guò)渡層 Mo促形核層 雙輝等離子體表面合金化 CVD金剛石涂層 硬質(zhì)合金 結(jié)合強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG711
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 金剛石膜的簡(jiǎn)介及其制備方法10-12
• 1.2 CVD金剛石涂層刀具概述12-18
• 1.2.1 CVD金剛石涂層刀具的特點(diǎn)12-15
• 1.2.2 CVD金剛石涂層刀具的應(yīng)用進(jìn)展15-18
• 1.3 雙輝等離子體表面合金化技術(shù)18-19
• 1.4 Ta_xC和Mo的性能及應(yīng)用19-20
• 1.4.1 Ta_xC的性能及應(yīng)用19-20
• 1.4.2 Mo的性能及應(yīng)用20
• 1.5 本課題的提出與研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法及過(guò)程22-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及方案22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)23-27
• 2.2.1 Ta_xC過(guò)渡層的制備23-25
• 2.2.2 Mo促形核層的制備25
• 2.2.3 金剛石涂層的沉積25-27
• 2.3 表征方法及性能測(cè)試27-30
• 2.3.1 表征方法27-28
• 2.3.2 性能測(cè)試28-30
• 第三章 基體溫度對(duì)Ta_xC過(guò)渡層的影響30-52
• 3.1 Ta_xC過(guò)渡層的成分分析30-34
• 3.1.1 XRD分析30-33
• 3.1.2 XPS分析33-34
• 3.2 Ta_xC過(guò)渡層的顯微形貌分析34-41
• 3.2.1 表面形貌分析34-38
• 3.2.2 截面形貌分析38-41
• 3.3 納米Ta_xC過(guò)渡層的成膜機(jī)理分析41-45
• 3.3.1 薄膜的結(jié)構(gòu)區(qū)域模型41-43
• 3.3.2 不同基體溫度下Ta_xC過(guò)渡層成膜分析43-45
• 3.4 Ta_xC過(guò)渡層的綜合性能分析45-51
• 3.4.1 顯微硬度45-46
• 3.4.2 摩擦學(xué)性能46-49
• 3.4.3 結(jié)合強(qiáng)度49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 Ta_xC過(guò)渡層表面金剛石涂層的沉積52-56
• 4.1 相結(jié)構(gòu)分析52-53
• 4.2 截面形貌及元素分布53-54
• 4.3 金剛石涂層表面形貌及結(jié)合強(qiáng)度分析54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 Mo促形核層的制備及其性能分析56-66
• 5.1 Mo促形核層的制備56-57
• 5.2 Mo促形核層的相分析57-58
• 5.3 形核實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析58-62
• 5.3.1 形核實(shí)驗(yàn)58-61
• 5.3.2 結(jié)果分析61-62
• 5.4 Mo促形核層表面金剛石涂層的沉積62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-76
• 攻讀碩士期間的學(xué)術(shù)成果76-78
• 致謝78

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