加工7075航空鋁合金用金剛石涂層刀具的制備及其切削性能

金剛石是最硬的材料，具有超高的彈性模量(800~900 GPa)、高的熱導率20 W/(cm·K)、較低的摩擦系數(0.05~0.1)和穩定的物理化學(xué)性能[1,2]，是制備涂層刀具最佳選擇材料 用熱絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)方法可制備金剛石[3]，生長(cháng)出的金剛石晶?？蛇_2~3 μm 熱絲化學(xué)氣相沉積的設備簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可在形狀復雜的工件上制備涂層[4,5] 金剛石涂層刀具耐磨、硬度高，可用于加工鋁合金、鈦合金、陶瓷等材料[6]，有廣闊的應用前景 Johnston等用微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)方法制備硼化物過(guò)渡層金剛石涂層刀具[7]，Uhlmann使用熱絲化學(xué)氣相沉積在形狀復雜的刀具上制備不同厚度的金剛石薄膜并測試[8]，取得了較好的結果 太原理工大學(xué)使用碳化硅過(guò)渡層制備刀具[9]、上海交通大學(xué)研究多種涂層刀具的界面[10,11]，取得了一定的進(jìn)展 本文使用硬質(zhì)合金WC-Co8%作為基體材料，用熱絲化學(xué)氣相沉積法制備單層金剛石涂層、納米晶粒金剛石和微米晶粒金剛石交替沉積的多層結構涂層，研究涂層結構對薄膜力學(xué)性能的影響并優(yōu)化金剛石涂層的制備工藝 1 實(shí)驗方法1.1 基體的預處理 使用直徑6 mm的硬質(zhì)合金WC-Co銑刀(8%Co)和WC-Co8%片作為金剛石沉積基體、WC-Co8%片作為參數摸索以及壓痕實(shí)驗樣品、硬質(zhì)合金銑刀作為切削實(shí)驗樣品 在沉積前對基體進(jìn)行清洗和酸堿預處理：先分別在丙酮和酒精溶液中用超聲清洗基體表面以除去有機和無(wú)機等雜質(zhì)；然后用酸堿二步法對基體的表面進(jìn)行預處理：使用Murakami試劑(K3[FeCN)]6:KOH:H2O=1:1:10)侵蝕WC顆粒15 min，暴露更多的鈷；最后使用酸試劑(H4SO4:H2O2=1:5)刻蝕鈷2 min 將預處理后的基體放到納米金剛石懸濁液中超聲植晶30 min，以提高金剛石成核密度 1.2 金剛石涂層沉積 1.2.1 在不同甲烷濃度條件下在WC-Co8%片表面沉積金剛石薄膜 用熱絲CVD制備金剛石涂層，受基體溫度、腔室壓強和碳源濃度等因素的影響，金剛石涂層沉積的溫度需要控制在一定范圍 基底溫度為800℃~950℃可生長(cháng)出高質(zhì)量的金剛石涂層 在低溫下金剛石涂層的生長(cháng)較慢，而在高溫(1000℃左右)下金剛石有向石墨轉變的趨勢[12,13]，因此，本文的實(shí)驗溫度為850±30oC，壓強為5