激光预处理硬质合金衬底沉积金刚石薄膜研究

研究了准分子激光辐照对ＷＣ－６ｗｔ％Ｃｏ（ＹＧ６）硬质合金工具衬底沉积金刚石膜的影响。证实准分子激光辐照可产生钴选择性蒸发和表面粗糙化；从而有效地降低表面钴含量，消除钴对金刚石膜沉积的有害影响。硬质合金ＹＧ６工具衬底沉积金刚石薄膜工艺参数范围较窄，采用阶段沉积法可以得到质量良好，附着力强的金刚石薄膜。     

准分子激光预处理对硬质合金表面沉积金刚石薄膜结合强度的影响

研究了不同表面预处理条件下,硬质合金表面沉积金刚石薄膜的附着强度和破坏方式。结果表明,准分子激光预处理可以大幅度提高金刚石薄膜的附着强度,其作用机理是由于准分子激光辐照处理使硬质合金表面层的Ｃｏ选择性蒸发,避免了Ｃｏ对金刚石薄膜沉积的有害影响,以及由于高能激光束引起的表面改性（粗糙化）所产生的对金刚石薄膜的“锚链效应”。     

一种激光化学气相沉积金刚石膜的方法（专利号：95111978．8）

一种激光化学气相沉积金刚石膜的方法，最低沉积温度为250℃，其特征在于选用波长在308nm的XeCl准分子激光作激光源，过程如下：将欲沉积衬底放在高导热率材料的工作台上，用XeCl准分子激光辐照衬底欲沉积金刚石膜区，并在预抽真空的反应室中通入能吸收该激光波长的碳氢化合物反应气(含汽化液体或固体)和氢气。     

用热丝法在激光预处理的硬质合金表面沉积金刚石薄膜的研究

研究了准分子激光对硬质合金（ＹＧ６）表面产生的选择性蒸发和表面改性作用（粗糙化），探索在硬质合金表面沉积金刚石薄膜的工艺参数，讨论了温度、气体流量及甲烷浓度对沉积金刚石薄膜的影响规律．     

钨表面激光处理对金刚石膜附着力的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在CH₄/H₂体系下沉积金刚石膜,通过发射光谱仪测量等离子体参数,结合Raman光谱仪测量金刚石膜的内应力, 用SEM测试金刚石膜的表面以及断面形貌,通过热震试验来探究钨表面激光处理对金刚石膜附着力的影响。结果表明:钨片表面激光处理能释放金刚石膜的应力,增强钨片与金刚石膜的附着力;在确保钨与金刚石膜附着力得到极大提高与钨片表面损伤尽量小的前提下,钨片表面切割深度在0.035 mm时较合适。      

利用中间阻碍层在硬质合金上沉积高粘结强度的金刚石 …

能完全阻止钴由基体渗入表面而且大可与ＷＣ－Ｃｏ硬质合金相比的阻碍底层在本研究中取得了进展，这些底层连续无缺陷，沉积时硬质合金基体没有损坏和脱碳现象，底层上沉积 钛基中间层。对以此方法涂覆后的硬质合金基体采用特殊的激光照射工艺进行纳米晶金刚石引晶处理和用等离子体ＣＶＤ法进行金刚石涂层。引晶过程采用超声波处理，可以将石墨碳从基体表面除去。用此方法获得的金刚石涂层与基体表面粘结牢固，这是在中间层，金刚石     

脱钴处理对YG8硬质合金刀片上金刚石形核的影响

对比分析了经金刚石磨盘研磨、脱铅、未脱钻YG8硬质合金上蒸镀非晶碳膜对金刚石形核的影响．结果表明未脱钴YG8硬质含金上沉积金刚石膜时,即使蒸镀非晶碳膜,金刚石的形核密度仍相当低．金刚石结晶质量差．颗粒呈“菜花状”。在长时间沉积金刚石过程中,基体内的Co会扩散或蒸发到刀片表面,产生明显的钴颗粒聚集、长大。而脱钴、蒸镀非晶碳膜YG8硬质含金上沉积金刚石膜时．成核密度可达108cm-2．金刚石结晶质量好,刻面轮廓分明．表面已基本成膜。     

金刚石膜与硬质合金基体间的界面状态

采用ＳＥＭ,ＴＥＭ对金刚石膜－硬质合金基体横截面的形态进行了研究,探讨了甲烷含量对ＣＶＤ金刚石膜－基横截面各组织层次的影响。结果表明,经化学侵蚀脱钴和等离子体刻蚀脱碳预处理的ＹＧ８硬质合金基体上所沉积的金刚石膜－基横截面组织的典型层次依次为：金刚石／薄的石墨碳中间层／细小的ＷＣ层／残留的脱碳层／残留的疏松层／ＹＧ８原始基体,甲烷含量对ＣＶＤ金刚石膜－基横截面各组织层次的形成有显著的影响。     

热丝辐射距离和W-C梯度过渡层对高速钢基体气相生长的影响

使用反应磁控溅射技术在W18Cr4V高速钢基体表面制备W-C梯度过渡层(WCGC),采用热丝化学沉积法(HFCVD),以甲烷和氢气为反应气体,在基体表面生长金刚石膜。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光拉曼光谱(Raman)对W-C过渡层和金刚石膜进行检测分析,研究热丝辐射距离和沉积气压对WCGC与金刚石膜的的影响。结果表明:热丝辐射距离对金刚石薄膜和WCGC均有较大影响;WCGC过渡层能够在一定热丝辐射范围内降低Fe在金刚石膜沉积过程的负面影响,有效提高金刚石的形核率,在基体表面得到连续致密的金刚石膜。     

CVD金刚石薄膜衬底表面预处理技术进展

评述了化学气相沉积金刚石薄膜衬底表面预处理技术的进展情况。分析了表面研磨法、等离子刻蚀法、浸蚀除钴法、沉积中间层法在衬底表面形成稳定化合物等预处理对CVD金刚石薄沉积的影响。结果表明,金刚石粉末研磨基底、化学浸蚀除钴、在基底表面添加中间层以及在基底表面渗入第三元素并且使这种元素和基底表面的钴形成稳定中间化合物的方法都可提高金刚石的形核率,但大部分研究表明等离子体刻蚀预处理对金刚石的形核则起阻碍作用。     

W18Cr4V高速钢渗铬热处理对HFCVD金刚石膜生长的影响

采用热丝化学沉积法在高速钢基体上沉积金刚石薄膜.为了减少石墨的形成、增强膜基结合强度,沉积前先使用渗铬热处理在高速钢表面制备一层碳化铬中间层.采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱和洛氏硬度计对渗铬基体和金刚石膜进行检测分析,研究渗铬热处理对高速钢基体与金刚石膜的物相组织、结构形貌和附着性能的影响.结果表明:渗铬热处理能在钢基表面形成一层致密的富Cr层,此过渡层能有效提高金刚石的形核率,在渗铬钢基表面形成连续致密的高质量金刚石膜,但该金刚石膜的应力较大,1 471N载荷的压痕测试导致薄膜严重破坏,说明膜基结合强度有待进一步提高.     

甲烷浓度对批量生产金刚石涂层刀片的影响

采用微波等离子体CVD(MWCVD)法小批量地生产了金刚石涂层刀片,在金刚石薄膜沉积的过程中,研究了碳源浓度对沉积金刚石膜的均匀性的影响。用扫描电子显微镜(SEM)和激光拉曼光谱(Raman)对薄膜的表面形貌和质量进行了表征。结果表明较低的低甲烷浓度适合金刚石涂层刀片的批量生产。     

硬质合金上沉积金刚石膜的基体预处理方法进展

本文重点对近年硬质合金基体表面预处理方法及其对CVD金刚石膜沉积的影响进行了综述。按其原理来分,预处理方法可分为物理预处理法、化学预处理法以及中间层法。大量实验结果表明通过适当的预处理能有效消除或抑制基体中钴黏结相的负面影响,提高金刚石的形核密度以及膜基结合力,从而获得理想的薄膜质量。     

低浓度氮气对MPCVD法制备金刚石膜的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在CH4/H2的混合反应气源中加入N2进行了金刚石膜的沉积实验,详细研究了N2浓度对金刚石膜生长的影响规律。使用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪和X射线衍射仪等设备,表征了金刚石薄膜的表面形貌、相组成及晶面取向。实验结果表明:随着N2体积分数的增加(由0%增加到6%),薄膜中的非金刚石相含量逐渐增大,金刚石晶粒尺寸逐渐减小,晶面取向也由较大的晶面(111)转变成较小的晶面(100);当N2体积分数为4%时,沉积的金刚石膜表面为"菜花"状结构;低体积分数(2%)的N2有利于获得高度取向(100)的金刚石膜。     

大面积金刚石膜/Si衬底复合片均匀性研究

对直流电弧等离子体喷射化学气相沉积技术,在φ76.2 mm的Si衬底上沉积得到的金刚石膜,通过SEM和激光Raman表征其质量均匀性。为缓解金刚石膜/Si复合片的内应力,采用台阶式冷却的方式,对样品在1 050℃进行真空退火处理,使样品内的压应力从3.09 GPa减小到1.16 GPa。对样品生长面进行机械抛光,采用表面轮廓仪检测其表面粗糙度均匀性。结果表明：在76.2 mm的金刚石膜/Si复合片上获得的表面粗糙度小于5 nm。     

硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能研究的进展

硬质合金基体表面沉积金刚石薄膜可以提高其硬度和耐磨性,延长其使用寿命,有效保护和节约钨、钴等稀有金属。作为一种多晶膜,金刚石薄膜的摩擦系数直接影响了其在摩擦学领域的应用。对近年来硬质合金基体表面CVD金刚石薄膜的摩擦磨损性能的研究状况进行了阐述,分析了CVD金刚石薄膜在摩擦实验过程中的摩擦磨损机制,并对金刚石薄膜在摩擦学领域中的应用研究进行了展望。     

硬质合金激光改性协同仿生微织构对硼掺杂金刚石涂层性能的影响

目的 研制应用于超精密加工领域的高性能金刚石涂层,探究硬质合金基体表面激光微织构对硼掺杂金刚石(BDD)涂层沉积质量的影响,分析不同类型的仿生微织构对基–膜结合强度、工具切削性能的改善效果及原因。方法 在硬质合金表面使用激光脉冲制备不同类型的仿生微织构,并通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法在刀具表面沉积BDD涂层。采用数显洛氏硬度计(HRS-150)、超景深三维显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、白光干涉表面轮廓仪、拉曼光谱(Raman)对样品进行表征。通过压痕试验及铣削试验研究涂层的附着强度和刀具的切削性能。结果 激光微织构边缘发生表面硬化。激光微织构区域沉积BDD涂层后,基体表面缺陷显著降低,织构内部金刚石晶粒更密集,沉积质量提升,三角织构(TT)边缘的金刚石颗粒堆积坡度最缓,不同类型的织构化BDD涂层的粗糙度、金刚石纯度、切削性能及附着强度均不同,涂层附着力与表面硬度呈正相关。硼掺杂三角织构(BDTTD)涂层刀具具有最佳的切削性能。结论 织构边缘和内部具有更高的金刚石二次成核率和沉积质量。织构的存在可以提升BDD涂层的附着强度和刀具性能,并且织构边缘的涂层附着力最强,这些得益于激光烧蚀及仿生微织构对硬质合金表面的硬化及对BDD涂层内在缺陷的修复。     

电蚀抛光CVD金刚石膜的实验研究

本文提出了一种新的ＣＶＤ金刚石膜抛光技术。采用该项技术,可以高效率的完成ＣＶＤ金刚石膜的粗抛光。ＣＶＤ金刚石膜表面被预先涂覆一层导电金属,然后采用电蚀方法对该表面进行加工,使金刚石膜突起的尖峰被迅速去除。加工中金刚石表面的石墨化使电蚀加工得以不断延续。通过单脉冲放电试验已经发现涂覆层的材料对金刚石膜的加工效果有很大影响。与普通金属加工相比,金刚石膜的电蚀过程有其完全不同的特征。通过试验和分析,本文还对金刚石膜的电蚀去除机理进行了初步探讨。     

金刚石膜剥落后硬质合金基体的表面形态

采用ＳＥＭ,ＦＴ－Ｒａｍａｎ,ＸＲＤ和ＥＤＸＡ对ＣＶＤ金刚石膜自发剥落后的ＹＧ８硬质合金基体表面的形貌、相结构和微区化学成分进行了表征,结果表明,该表面上存在石墨碳相,呈针片状;沉积金刚石膜后基体表面的ＷＣ颗粒显著细化,表层Ｃｏ含量仍很低。     

TiC中间过渡层对硬质合金表面沉积（类）金刚石的影响

采用ＣＨ４－Ｈ２－Ｏ２微波等离子体化学相沉积法在硬质合金表面沉积金刚石薄膜，研究了ＴｉＣ中间过渡层对金刚石沉积效果的作用及粘结机理，结果表明在相同沉积条件下ＴｉＣ中间过渡层可以显著提高硬质合金表面沉积金刚石薄膜的生长速率，而且还可提高金刚石薄膜与基体的结合力。