發(fā)布時間：2017-08-30 06:05

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

  更多相關文章： Ta_xC過渡層 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 結合強度

【摘要】：化學氣相沉積法(CVD)制備的金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具,因其同時兼?zhèn)浣饎偸母哂捕群陀操|(zhì)合金的強韌性,在有色金屬及其合金、碳纖維復合材料以及高硅鋁合金等材料加工領域有著廣闊的應用前景。然而,在金剛石涂層刀具工業(yè)化應用過程中,存在兩個發(fā)展局限:金剛石涂層與硬質(zhì)合金基底間結合強度不足和金剛石涂層表面粗糙度較大。金剛石涂層的結合強度不足主要由于硬質(zhì)合金中粘結相Co會抑制金剛石形核、促進石墨相的產(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渡層法來提高金剛石涂層的結合強度,而這其中的關鍵是提高過渡層與硬質(zhì)合金間的結合強度。雙輝等離子體表面合金化技術(DGPSA)能夠在基體表面制備出呈冶金結合的涂層,膜/基結合強度高。因此,本論文采用DGPSA技術在硬質(zhì)合金表面制備了TaxC過渡層,并采用微波等離子體化學氣相沉積法在過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過渡層表面制備一層Mo促形核層,形成TaxC/Mo雙層過渡層,然后進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、洛氏壓痕實驗等多種方法對TaxC過渡層、TaxC/Mo雙層過渡層及金剛石涂層進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所得TaxC過渡層的影響,結果表明所制備的過渡層由Ta2C和Ta C納米晶粒組成,過渡層表面呈現(xiàn)出特殊的圓環(huán)或凹坑形貌,且過渡層的成膜機制符合薄膜區(qū)域結構模型�；w溫度對過渡層的組織性能有較大的影響,800℃時所制備的TaxC過渡層組織最致密,顯微硬度最高,耐磨性最好,與基體結合強度最大,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合強度較高,這說明TaxC過渡層有效地抑制了基體中Co元素的向外擴散。之后,通過對TaxC/Mo雙層過渡層的研究發(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合強度,對比TaxC過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技術制備出TaxC過渡層增強了金剛石涂層與硬質(zhì)合金基體間的結合強度,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)展問題提供了新思路和新方法。
【關鍵詞】：Ta_xC過渡層 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 結合強度
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG711
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 金剛石膜的簡介及其制備方法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12-15
• 1.2.2 CVD金剛石涂層刀具的應用進展15-18
• 1.3 雙輝等離子體表面合金化技術18-19
• 1.4 Ta_xC和Mo的性能及應用19-20
• 1.4.1 Ta_xC的性能及應用19-20
• 1.4.2 Mo的性能及應用20
• 1.5 本課題的提出與研究內(nèi)容20-22
• 第二章 實驗方法及過程22-30
• 2.1 實驗材料及方案22-23
• 2.2 實驗參數(shù)23-27
• 2.2.1 Ta_xC過渡層的制備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 表征方法及性能測試27-30
• 2.3.1 表征方法27-28
• 2.3.2 性能測試28-30
• 第三章 基體溫度對Ta_xC過渡層的影響30-52
• 3.1 Ta_xC過渡層的成分分析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過渡層的成膜機理分析41-45
• 3.3.1 薄膜的結構區(qū)域模型41-43
• 3.3.2 不同基體溫度下Ta_xC過渡層成膜分析43-45
• 3.4 Ta_xC過渡層的綜合性能分析45-51
• 3.4.1 顯微硬度45-46
• 3.4.2 摩擦學性能46-49
• 3.4.3 結合強度49-51
• 3.5 本章小結51-52
• 第四章 Ta_xC過渡層表面金剛石涂層的沉積52-56
• 4.1 相結構分析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合強度分析54-55
• 4.4 本章小結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 形核實驗及結果分析58-62
• 5.3.1 形核實驗58-61
• 5.3.2 結果分析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63-66
• 第六章 結論與展望66-68
• 6.1 結論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻68-76
• 攻讀碩士期間的學術成果76-78
• 致謝78

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本文編號：757634