类金刚石膜超硬材料涂层

陈兵斌

CVD、PVD等技术的出现，是切削工具领域中的一次重大的革命。它的出现立即引起了机械制造领域的巨大反响，理想的切削工具应当是既有硬的表面，又有高的韧性，涂层技术便达到了这个目标。 最早的涂层材料都是陶瓷性质的物质，如TiN、TiC、Al2O3等，近年来，涂层技术又有了很大的发展。超硬材料涂层正在得到全面应用，许多产品相继出现在市场上，但国内尚处在实验阶段，预计也会很快突破，超硬材料涂层的发展，使整个现有的切削工具的性能都明显得到了提高，面对当前大量涌现的难加工材料，这些新发展的涂层技术将有巨大的适应能力，前景相当喜人。
, Z& g2 M( F; K7 E7 [/ g超硬材料涂层的种类共有三大类，即类金刚石、金刚石和CBN。这些涂层材料均为纯金刚石或纯CBN,所以硬度与沉积的材料是相同的，和PCD与PCBN相比，因不含结合剂，所以硬度、耐磨性等均有较大的提高。
金刚石涂层和CBN涂层的性能与原材料是相同的，只是薄膜而已，使用时与陶瓷涂层类同。
6 x5 B# D0 j4 X6 u4 m. x' w这里着重介绍类金刚石膜。
) z  w( {0 K( A5 J; F' G/ v" S类金刚石碳(Diamond-LikeCarbon,简称DLC)膜具有与金刚石膜相似的优异性能，其抗摩擦磨损性能良好，且DLC膜制备工艺日趋成熟，可以在很低的沉积温度下获得大面积且表面粗糙度小的DLC膜，而金刚石薄膜则要求较高的沉积温度(约800℃～1000℃)，因此，许多基体材料受到限制，如高速钢，而且在大面积上沉积均匀也比较困难，表面也粗糙。因此，DLC膜在许多场合更易获得应用，如可作磁盘的保护膜。
5 Y; H! _( G7 m2 v) V9 S3 C) Q在涂层切削工具的使用方面，和陶瓷涂层的一样，涂层基体也必须作很好的处理。一般基体的硬质合金为YG8,其预处理工艺首先用W1金刚石微粉抛光，再进行表面脱钴15min,脱钴液为1:3硝酸水溶液，然后在丙酮中超声波清洗10min。基体在涂复之前，清洗的工作极为重要。如果是切削工具，在刃磨中必须保证不能退火。
由于超硬材料涂复的技术历史尚短，还处在发展之中。相信它也会和陶瓷涂层技术一样，会更加完善。
- g3 y  i/ W9 z4 [; ~: Z厚膜金刚石
+ K, ^: V3 D9 f: C4 d金刚石薄膜的合成技术和应用研究在全球范围发展极为迅速，形成了“金刚石薄膜热”。在这十多年内，气相合成的方法发展到二十多种，一般沉积的速度每小时只1～2μm,如何加快沉积速度一直是人们研究的课题。在近期沉积速度发展到了100μm/h以上，最高达到930μm/h。我们称之为厚膜金刚石。我国东方天地金刚石研究所成功地掌握了这门技术，最大的沉积厚度达到了2.3mm。现在已商品化，进入了国际先进行列。
厚膜金刚石不同于PCD之处是没有结合剂，是纯金刚石，所以它的硬度高得多，与天然金刚石不同，它具有各向同性，成本低，因此在许多方面将取代PCD。用作拔丝模将是均匀磨损，因此拔丝的线材质量明显优于天然金刚石模具。如果沉积质量进一步提高，在超精密加工中也有取代天然金刚石的可能，因此颇受超精密领域的重视。
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