超硬材料系列镀覆产品及应用
国外超硬材料工具的最新应用与进展(下)
２ Ｈ ｕ ａ ａ ｎ ｐ ｏ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｓｉｕ ｅ ． ｎ ｎ Ｄｉ ｍｏ ｄ Ｅｘ ｌ ｒ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｔ ｔ ，Ｃｈ ｎ ｓ ａ ４ ０ １ ａ ｇ ｈ １ ０ １，Ｃｈ ｎ ｉ ａ）
第２ Ｏ卷 第 ５期
２０ 年 １ ０８ Ｏ月
超 硬 材 料 工 程
Ｓ Ｐ Ｕ ＥＲＨＡＲＤ ＡＴＥＲＩ ＮＧＩ Ｍ ＡＬ Ｅ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｖ０ ． Ｏ １２ ０ｃ ． ０ ８ ｔ２ ０
国外超硬材料工具 的最新应 用与进 展 （ ） 下 ①
姜荣ｅ ｔ ｆ ｅ ｅ ｒ ａ ｎ ａｔｅ ｎ ｏ ａ ｎ ｏ ｖ ｎ ａ ｒ ｙｉ ｇ ｐ ｔ ｒ ｆ ｄｉｍｏｎｄ ｇ ｉｓ ｉ ｅ ｍｅ ，ｒ ｐｉ ｖ ｌ ｍ ｅ ｏ ａ ｅ ｒｔ ｎ ｓ ｇ ｎｔ ａ ｄ ｄｅ ｅｏｐ ｎｔ ｆ ｌ ｓ ｒ ｗｅｄｅ ｉ ｍｏ ｏ ｓ ｙ ｓ ａ ｌ ｄ ｄ ａ ｎｄ ｔ ｏｌ ｂ ｌ ｂ Ｃ０２ ａ ｅ ｓ， ｉ ｎｏ ｔｏ ｎｄ ａ ｐｌｃ ｔｏ ａ ｏ ｒ ｌ ｓ ｒ ｎ ｖａ ｉ ｎ ａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏｆ ｄｉｍ ｎｄ ｗｉｅ
中的 应 用 ， 保 型精 密 自动控 制 电镀 工 艺 与装备 的发 展 ， 环 以及 金 刚石 工具 在半 导体 工 业 中的应 用 关键 词 ： 国外 超硬 材 料 ； 工具 最 新 应 用 ； 述 ； 刚 石 综 金 中 图分 类 号 ： Ｑ１ ４ Ｔ ６ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ １ ３ （０ ８ Ｏ —０ ４ 一 Ｏ １７— ４３２０）５ Ｏ２ ７
BVD超强镀膜的硬质涂层在工具和零件上的应用
1~6
0.35
900
单层
·耐冲击
·杰出
2.精密模具：冲压和成型模具，粉末冶金模具，适于材料包括镍合金,稀有金属
复合
·耐腐蚀
·良好
纳米
·耐高温
·杰出
酷R系列
CrN氮化铬
银灰色
·耐磨
·良好
1.汽车工业:汽缸，活塞环,排汽及点火件
3000
1~6
0.40
700
·耐冲击
·良好
2.精密模具：冲压和成型模具（适于材料包括铝及铝合金,铜及铜合金,镍及镍合金，钛及钛合金的冷加工成型模，冷加工成型/深抽混合模），铝硅合金铸造模，集成电路模具，冷拔模具
胜倍尔超强镀膜的硬质涂层在工具和零件上的应用
产品名称
涂层材料
涂层颜色
特性
等级
典型应用
最高薄膜硬度(HV0.05)
薄膜厚度(μm)
针对钢材摩擦系数
最大适用温度(oC)
涂层结构
酷SP系列
DLC类金刚石
黑灰色/黑色
·耐磨
·杰出
1.精密模具：注塑成型模具，冲压模具，光学级模具，光盘模具，玻璃成型模具，镁合金加工模具，铝合金加工模具,粉末冶金模具，空调器翻边冲头
4000
1~6
0.30
950
·耐冲击
·良好
2.高速切削刀具:适于切削高温合金，钛合金等难加工金属
单层
·耐腐蚀
·杰出
复合
·耐高温
·杰出
纳米
酷A系列
TiAlN氮化铝钛
紫灰色
·耐磨
·良好
1.切削工具:如钻头，铣刀，螺丝攻，滚齿刀，刨齿刀，拉刀，圆锯片，舍弃式刀片等刃具，尤其适于切割合金结构钢,马氏体不锈钢,淬硬模具钢，PH不锈钢，碳钢,低碳钢,灰铸钢,灰铸铁,镍铁钴基合金，铝及铝硅合金,玻璃等
超硬材料薄膜涂层研究进展及应用
超硬材料薄膜涂层研究进展及应用内容摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬质薄膜涂层材料已经在工具、模具、装饰等行业得到日益广泛的应用，但仍然不能满足许多难加工材料，如高硅铝合金，各种有色金属及其合金，工程塑料，非金属材料，陶瓷，复合材料(特别是金属基和陶瓷基复合材料)等加工要求。
正是这种客观需求导致了诸如金刚石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及纳米复合膜等新型超硬薄膜材料的研究进展。
本文对这些超硬材料薄膜的研究现状及工业化应用前景进行了简要的介绍和评述。
关键词：超硬材料薄膜；研究进展；工业化应用1、超硬薄膜超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。
不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100GPa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80GPa。
类金刚石膜(DLC)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10GPa～60GPa的宽广范围内变动。
因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫Ta：C))也可归人超硬薄膜行列。
近年来出现的碳氮膜(CNx)虽然没有像Cohen等预测的晶态β-C3N4那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10GPa～50GPa，因此也归人超硬薄膜一类。
上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体性质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。
SiC和GaN薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40GPa，因此不属于超硬薄膜。
最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。
尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特性。
此外，由纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高达105GPa，创纪录地达到了金刚石的硬度。
超硬材料系列镀覆产品及应用
・ ’# ・ ’%%’ B （ T #’$） ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
［# ! ’］ 度是区别于其它技术的重要特征 。该技术圆满解
决了国内外超硬磨料各类镀覆技术 （如磁控溅射、 离子 镀、 粉末覆盖沉积镀、 非真空低温电镀 ） 所存在的单次 镀覆量少； 镀层与磨料结合强度低； 镀覆过程温度高， 损伤超硬磨料以及镀覆成本高等一系列工业应用问 题。实现了单次大批量工业化镀覆； 镀层与磨料结合 强度 N #*%OP9； 镀后超硬磨料单颗粒抗压强度提高 & 镀覆成本每克拉 S % B %# 元。本项技术装备作 Q ’%R ， 为超硬材料工业的共性关键技术与装备， 所镀覆的超 硬磨料适用于各类高性能价格比金属、 陶瓷结合剂超 硬工具的制造， 已在金刚石工具厂获得良好应用。 系列镀覆产品是以真空微蒸发镀覆技术和设备所 生产的镀钛金刚石为核心， 通过电镀形成复合镀层。 图 # 表明了镀覆产品的系列和应用情况。 #B# 镀覆单一金属或合金的超硬磨料
万方数据 国家重点科技攻关项目 （ “八五” ! "#$ ! %& ! ’()%&）
《金刚石与磨料磨具工程》 ・ << ・ " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 良好的共同烧结。多年来国内外生产的单一层镀钛金 获得了广泛良好的应用 刚石的增重量为 5 0 +: 左右， 效果也证明了这一点。其主要原因在于钛的低温稳定 高温活泼特性。金属钛在常温状态下是化学性质最稳 定和最耐腐蚀的金属之一， ++5; 开始活泼并且低价氧 化钛被母材基体吸收而消失， 不影响钎焊。由于在金 刚石工具热压或无压烧结过程中， <55; 以上属于保护 性气氛， 还有低熔物的熔化包裹， 因此镀钛金刚石直接 适用于粉末烧结， 冷压热压各个工艺各类产品。 真空微蒸发镀覆技术工业化应用以来， 已在国内 近百家金刚石工具厂应用， 其生产的镀钛金刚石适用 于各类金属烧结结合剂金刚石工具， 像各类金刚石切 割锯片、 玻化砖金刚石滚筒及磨边轮等金刚石工具。 工业化统计结果表明： 利用镀钛金刚石， 大幅度提高 图! 镀覆产品的系列和应用情况 （45 9 !<5: ） 工具寿命和加工效率。其原因在于： !镀 后的磨料与镀层即已形成了强力结合， 工具制造的烧 结过程中， 可顺利实现与结合剂的冶金结合， 防止金刚 石从胚体脱落； 并且使金刚石在工具切割面上出刃高 度增加； 从而使工具寿命和加工效率都得到提高。" 由于钛及其难溶化物镀层的保护， 防止了工具的烧结 过程中金刚石的氧化和胎体中的钴、 镍、 铁元素对金刚 石的腐蚀， 石墨损坏， 使制品中金刚石的存留强度大幅 度提高， 增强了工具中金刚石的抗破碎能力， 有利于高 速工作的切、 磨花岗岩工具寿命的提高。 在保持工具高性能的前提下， 采用镀钛技术的厂 家其收益主要体现在如下方面： !可以采用无钴铁基结合剂制造各类工具； !减少金刚石用量； !大量使用廉价细粒度金刚石； !由此使金刚石工具的制造成本大幅度降低。 ! 0< 真空微蒸发镀覆之后再经电镀形成的多层复合 镀超硬磨料 工艺设备： 金刚石经过真空微蒸发镀钛或镀钨之 后， 由于已经有了导电的金属层， 可以直接采用化学镀 镍或电镀镍 （不必经过敏化、 活化等前期处理） 形成复 合镀层。化学镀可以采用酸性镀液或碱性镀液， 适于 小批量的镀覆， 镀层硬度高。化学镀应该注意金刚石 与镀液的量比适当， 防止过多的金刚石造成镀液失稳 分解。镀覆过程中必须适当搅拌， 防止金刚石颗粒粘 连。 经过真空微蒸发镀覆钛或钨的金刚石也可以直接 电镀滚镀镍， 与普通镀镍类似， 有多种电镀配方， 这种 复合镀工艺省去了敏化、 活化、 化学镀等诸多的繁琐工 序， 成本低， 批量大， 适于大规模的工业化生产复合镀
超硬材料真空镀
第一节 引言
1.2.表面镀覆（涂覆）的基本概念
一般指利用表面处理技术使其它材料镀覆、沉积、 涂覆在超硬磨料表面，使磨粒表面发生状态、形状 或物理化学方面的变化的方法，通称为超硬磨料的 表面镀覆（涂覆）。镀层厚度可以从数十纳米至毫 米级，镀层材料可以是金属、陶瓷或有机物。被镀 覆的超硬磨粒表面具有了镀覆材料的一般性质。镀 层与超硬磨粒表面可以是化学键连接，也可以是物 理沉积或粘结。镀层可以是单一材料，也可以是复 合材料、合金或是多层复合材料。
第一节 引言
1.3.镀层厚度表示方法
⑴ 显微镜观测镀层厚度法
⑵ 增重量间接测量镀层厚度法
增重量表示方法有两种，在计算或读取数据时 注意区分：
A G2 100 % G G1 100 G G1 100%
G
G
式中： A――增重量 G1――镀前磨料重量 G2――镀层重量 G――镀后总重量
第十六章 超硬磨料表面镀覆
第一节 引言
1.1.超硬磨料表面镀覆的意义
⑴ 金刚石、cBN紧密的共价键结构决定了其表面 浸润困难
⑵ 表面缺陷、内部结晶缺陷、包裹体等需要弥补 改善
⑶ 高温下结合剂材料对金刚石和cBN表面的腐蚀 破坏作用
⑷ 磨削过程中磨粒热量的传递
第一节 引言
1.1.超硬磨料表面镀覆的意义
第二节超硬磨料镀覆（涂覆）的种类及方法
2.2.超硬磨料表面物理气相沉积镀覆（PVD）
2.2.4.PVD方法的优缺点
⑵.存在的问题 •镀覆温度低，难以形成化学键合 •难以形成全面完整的镀层 •设备价格昂贵，设备操作、维护复杂
第二节超硬磨料镀覆（涂覆）的种类及方法
2.3真空微蒸发镀
2.3.1.真空微蒸发镀覆方法 真空微蒸发镀覆是在较低温度下，使超硬磨料与某 些能够与其表面形成稳定化合物并经过高度纯化、 活化的金属近距离接触，在真空和温度条件下，这 些高度活化的金属表层原子获得外部能量支持而使 振幅增大，与磨粒表面发生反应，生成两者间的化 合物
超硬材料涂附磨具发展现状
超硬材料涂附磨具发展现状随着现代制造业的不断发展，对于高效、精度和质量的要求越来越高，磨削技术作为一种高效的加工手段得到了广泛的应用。
而磨具作为磨削技术的重要组成部分，其性能的提高对于提高磨削加工的效率和质量具有重要的意义。
超硬材料涂附磨具由于其硬度高、耐磨性好、耐高温、耐腐蚀等优点，成为了磨削加工中的重要工具之一。
本文将从超硬材料涂附磨具的基本概念、制备工艺、性能及应用等方面进行探讨。
一、超硬材料涂附磨具的基本概念超硬材料涂附磨具是指在普通磨具表面涂覆一层超硬材料的磨具。
超硬材料主要包括金刚石、立方氮化硼和碳化硅等。
超硬材料涂附磨具的制备方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积、物理化学气相沉积等几种。
二、超硬材料涂附磨具的制备工艺1、物理气相沉积法物理气相沉积法是指利用高温高压条件下，将超硬材料原料加热至气化状态，然后通过气体流动将气态原料输送到基体表面，最后在基体表面上形成一层超硬材料膜的制备方法。
物理气相沉积法制备超硬材料涂附磨具的优点是制备过程简单、成本低、膜层结构致密、附着力强等。
2、化学气相沉积法化学气相沉积法是指利用化学反应将气态原料沉积在基体表面上形成膜的制备方法。
化学气相沉积法制备超硬材料涂附磨具的优点是膜层结构致密、膜层厚度均匀、成膜速度快、附着力强等。
3、物理化学气相沉积法物理化学气相沉积法是指在物理气相沉积法的基础上，通过引入化学反应的方法，使沉积速率得到提高的制备方法。
物理化学气相沉积法制备超硬材料涂附磨具的优点是膜层结构致密、附着力强、成膜速度快、膜层厚度均匀等。
三、超硬材料涂附磨具的性能1、硬度超硬材料涂附磨具的硬度远远高于普通磨具，一般可以达到3000-4000HV，甚至可以达到5000-6000HV。
2、耐磨性超硬材料涂附磨具的耐磨性能优异，可以延长磨具的使用寿命，减少更换磨具的次数。
3、耐高温性超硬材料涂附磨具的耐高温性能优异，可以在高温下长时间使用而不会失去其性能。
超硬材料在电子元器件加工中的应用研究进展
超硬材料在电子元器件加工中的应用研究进展引言：随着现代科技的快速发展，电子元器件在各个领域中扮演着日益重要的角色。
为了满足人们对更小、更高效、更耐用的电子设备的需求，科学家们在材料研究领域进行了大量的探索和实验。
超硬材料作为一种具有出色性能和潜力的材料，广泛应用于电子元器件加工过程中。
本文将对超硬材料在电子元器件加工中的应用研究进展进行详细介绍。
1. 超硬材料的涂层应用超硬材料如金刚石、氮化硼等具有极高的硬度和耐磨性。
在电子元器件加工中，涂层是提高工具寿命和加工精度的重要关键。
超硬材料的涂层可以降低工具磨损、减少摩擦力，并提高切削效率。
例如，使用金刚石涂层的刀具能够在高速切削过程中产生更少的热量，从而减少了零件的变形并提高了加工精度。
2. 超硬材料的划痕测试电子元器件中的表面材料需要具备一定的硬度和耐磨性，在实际应用中能够抵抗一定的划痕和磨损。
为了评估电子元器件表面材料的性能，科学家们利用超硬材料进行划痕测试。
通过比较超硬材料在不同材质表面上的划痕深度和形态，可以评估材料的硬度和耐磨性，并最终确定是否适用于电子元器件的加工过程。
3. 超硬材料的电子散热应用随着电子设备体积的不断减小和功率的不断提高，电子元器件在工作过程中面临着巨大的热量问题。
超硬材料由于其优异的导热性能被广泛应用于电子散热领域。
例如，金刚石材料具有极高的导热系数，可以有效地将电子元器件产生的热量传导到其他散热装置中，保证元器件在稳定的温度范围内工作。
4. 超硬材料的半导体切割应用在半导体制造过程中，切割是一个至关重要的工序。
传统的切割工具往往存在切削力不稳定、加工精度低等问题。
超硬材料的优异性能使其成为半导体切割的理想选择。
以金刚石刀具为例，其高硬度和低摩擦系数可以提高切削质量和加工效率。
通过使用超硬材料切割工具可以得到更高质量的半导体芯片，提高电子设备的性能和稳定性。
5. 超硬材料的微细加工应用超硬材料由于其硬度高、耐磨性好的特点，使其成为进行微细加工的理想材料。
6超硬材料表面镀覆解析
1
60～70
2
70～100
3
4
70～90
37～43 175～185 300～380 10～15 10～15
电流密度（A· dm－2）
搅拌或滚镀
1.0～1.5
需要
0.8～1.5
需要
0.8～1.4
需要
1.5～3.0
需要
电镀Ni
超硬磨料电镀镍工艺规范含量/ g· L－1
镀液成分及工艺条件 硫酸镍（NiSO4· 7H2O） 氯化镍（NiCl2· 6H2O） 1 250～300 30～60 2 300～ 340 70～90 25～35 300～400 35～40 35～45 30～45 30 15 3 4 250
常用的电镀装置
电镀装置中镀瓶工作原理
电镀液
超硬材料颗粒
国产JX41-Ⅱ型电镀装置原理图
电镀Cu
超硬磨料电焦磷酸铜（Cu2P2O7· 3H2O） 硫酸铜（CuSO4· 5H2O） 焦磷酸钾（K4P2O7· 3H2O） 柠檬酸铵[（NH4）3C6H6O7] 柠檬酸钾（K3C3H6O7） 碳酸氢二钾（K2HPO4· 12H2O） 硝酸铵（NH4NO3） 二氧化硒（SeO2） 2－巯基苯骈咪唑 2－巯基苯骈噻唑 pH值 温度（℃） 8.2～8.8 30～50 8.0～8.8 30～50 7.2～7.8 35～45 20～30 6～10 0.008～0.02 0.002～0.004 0.002～0.004 8.0～8.8 30～50 280～320 20～25 300～400 20～30
化学镀及电镀前的表面预处理
工序 净化 粗化 亲水化 目的 脱脂 表面粗糙化 亲水除污 方法 碱性化学液 有机溶液 工艺条件 热煮 浸泡 备注
超硬材料薄膜涂层研究进展及应用
超硬材料薄膜涂层研究进展及应用【摘要】超硬材料薄膜涂层是一种具有极高硬度和耐磨性的材料，其在工业领域具有广泛的应用前景。
本文通过对超硬材料薄膜涂层的分类、制备技术、性能特点、工业应用以及研究进展进行系统的介绍和分析。
通过对该领域的研究进展进行回顾，总结出超硬材料薄膜涂层的未来发展方向，并展望其在新兴领域中所能发挥的作用。
通过本文的研究，有助于拓展超硬材料薄膜涂层在工业生产中的应用，并推动该领域的进一步发展和创新，为提升材料性能和提高产品质量提供重要的技术支持。
【关键词】超硬材料薄膜涂层、研究进展、应用、制备技术、工业领域、性能特点、未来发展方向。
1. 引言1.1 背景介绍超硬材料薄膜涂层是近年来在材料科学领域中备受关注的研究方向之一。
随着工业制造和科技应用的不断发展，对材料性能和耐磨性能的要求也越来越高。
传统材料在遇到极端环境或高强度使用时往往无法满足需求，因此超硬材料薄膜涂层的研究和应用具有重要意义。
背景介绍部分将会探讨超硬材料薄膜涂层的起源和发展历程，介绍其在材料科学领域中的地位和作用。
随着纳米科技和薄膜技术的进步，超硬材料薄膜涂层在提高材料表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性等方面具有巨大潜力。
通过对其研究和应用，可以为工业生产和科技创新带来更多可能性。
本文旨在系统总结超硬材料薄膜涂层的研究进展及应用情况，为相关研究人员提供参考和借鉴，同时探讨其未来发展方向，以期推动该领域的进一步发展和应用。
1.2 研究意义超硬材料薄膜涂层研究的意义在于推动材料科学和工程领域的发展，为工业应用提供更高性能、更耐磨损的材料。
超硬材料薄膜涂层具有硬度高、耐腐蚀、耐磨损等优良性能，可以用于增强材料的表面硬度和耐磨损性能，延长材料的使用寿命，提高材料的工作效率。
通过研究超硬材料薄膜涂层的制备技术和性能特点，可以实现更多材料的功能性改良，拓展材料在不同领域的应用范围。
超硬材料薄膜涂层的研究还有助于深入了解材料的表面性质和界面相互作用机制，为新材料的设计和开发提供重要依据。
国外超硬材料工具的最新应用与进展(下)
自动化与高效高精密生产。
以在世界金刚石工具行业排名第五的韩国新韩金刚石工具公司为例，２００７年其生产销售收入１．５亿美元，其中激光焊接金刚石工具在新韩金刚石工具公司的比重已占重要地位，占销售总收入的５５％左右。
近年来，我国激光焊接设备在金刚石工具行业的不断增多，激光焊接金刚石工具生产与出口量的快速增长也说明了这一问题。
在我国，金刚石工具激光焊接设备主要使用三种类型的ＣＯ。
激光发生器：快速横流式，快速轴流式和扩散冷却板条式激光器。
其性能比较见表５［１７】。
鉴于扩散式冷却板条式激光器的优越性能，在我国激光焊接金刚石工具的激光器中已多达４０～５０台。
德国Ｄｒ．Ｆｒｉｔｓｃｈ（飞羽）公司生产的ＬＳＭ２４０、ＬＳＭ２１２、ＢＳＭ２２０激光焊机都采用Ｒｏｆｉｎ－－Ｓｉｎａｒ的板条式激光器。
裘５不同类型ＣＯ：激光器性能比较Ｔａｂｌｅ５ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＣ０２ｌａｓｅｒｓ扩散冷却ＣＯ。
板条式激光器的优越性由其工作原理与结构设计而构成（见图６／¨］。
（１）结构紧凑，尺寸小，占地小。
在两个大面积铜电极之间进行射频气体放电，电极之间的间隙小，通过水冷电极放电腔可达到很好的散热效果（扩散冷却），获得相对较高的能量密度，没有气流热传导，无机械传动易损件。
（２）光束质量好。
不稳定谐振腔采用柱状反射镜产生高度聚焦的激光光束。
采用ＣＶＤ金刚石窗口与过滤整形。
在激光器外部采用水冷反射式光束元件将矩形光束转换成旋转对称的光束，光束传播系数＞／ｏ．８。
（３）气体消耗小。
由于气体消耗量极少，激光器内装有１０升预混工作气体，能持续工作１年以上，大大降低运行成本。
（４）没有气体流动，因此光学谐振腔无污染。
（５）热稳定性高。
（６）维护工作量少。
为改善光束质量，元素６公司生产了ＣＶＤ金刚石输出窗口，输出镜、分光镜等，可改善与强化高功率ＣＯｚ激光器的性能，完善光束质量，提高可靠性，并防止工作镜头的热损。
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《金刚石与磨料磨具工程》 ・ << ・ " " " " " " " " " " " " " " " " " #34; " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 良好的共同烧结。多年来国内外生产的单一层镀钛金 获得了广泛良好的应用 刚石的增重量为 5 0 +: 左右， 效果也证明了这一点。其主要原因在于钛的低温稳定 高温活泼特性。金属钛在常温状态下是化学性质最稳 定和最耐腐蚀的金属之一， ++5; 开始活泼并且低价氧 化钛被母材基体吸收而消失， 不影响钎焊。由于在金 刚石工具热压或无压烧结过程中， <55; 以上属于保护 性气氛， 还有低熔物的熔化包裹， 因此镀钛金刚石直接 适用于粉末烧结， 冷压热压各个工艺各类产品。 真空微蒸发镀覆技术工业化应用以来， 已在国内 近百家金刚石工具厂应用， 其生产的镀钛金刚石适用 于各类金属烧结结合剂金刚石工具， 像各类金刚石切 割锯片、 玻化砖金刚石滚筒及磨边轮等金刚石工具。 工业化统计结果表明： 利用镀钛金刚石， 大幅度提高 图! 镀覆产品的系列和应用情况 （45 9 !<5: ） 工具寿命和加工效率。其原因在于： !镀 后的磨料与镀层即已形成了强力结合， 工具制造的烧 结过程中， 可顺利实现与结合剂的冶金结合， 防止金刚 石从胚体脱落； 并且使金刚石在工具切割面上出刃高 度增加； 从而使工具寿命和加工效率都得到提高。" 由于钛及其难溶化物镀层的保护， 防止了工具的烧结 过程中金刚石的氧化和胎体中的钴、 镍、 铁元素对金刚 石的腐蚀， 石墨损坏， 使制品中金刚石的存留强度大幅 度提高， 增强了工具中金刚石的抗破碎能力， 有利于高 速工作的切、 磨花岗岩工具寿命的提高。 在保持工具高性能的前提下， 采用镀钛技术的厂 家其收益主要体现在如下方面： !可以采用无钴铁基结合剂制造各类工具； !减少金刚石用量； !大量使用廉价细粒度金刚石； !由此使金刚石工具的制造成本大幅度降低。 ! 0< 真空微蒸发镀覆之后再经电镀形成的多层复合 镀超硬磨料 工艺设备： 金刚石经过真空微蒸发镀钛或镀钨之 后， 由于已经有了导电的金属层， 可以直接采用化学镀 镍或电镀镍 （不必经过敏化、 活化等前期处理） 形成复 合镀层。化学镀可以采用酸性镀液或碱性镀液， 适于 小批量的镀覆， 镀层硬度高。化学镀应该注意金刚石 与镀液的量比适当， 防止过多的金刚石造成镀液失稳 分解。镀覆过程中必须适当搅拌， 防止金刚石颗粒粘 连。 经过真空微蒸发镀覆钛或钨的金刚石也可以直接 电镀滚镀镍， 与普通镀镍类似， 有多种电镀配方， 这种 复合镀工艺省去了敏化、 活化、 化学镀等诸多的繁琐工 序， 成本低， 批量大， 适于大规模的工业化生产复合镀
・ ’# ・ ’%%’ B （ T #’$） ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
［# ! ’］ 度是区别于其它技术的重要特征 。该技术圆满解
决了国内外超硬磨料各类镀覆技术 （如磁控溅射、 离子 镀、 粉末覆盖沉积镀、 非真空低温电镀 ） 所存在的单次 镀覆量少； 镀层与磨料结合强度低； 镀覆过程温度高， 损伤超硬磨料以及镀覆成本高等一系列工业应用问 题。实现了单次大批量工业化镀覆； 镀层与磨料结合 强度 N #*%OP9； 镀后超硬磨料单颗粒抗压强度提高 & 镀覆成本每克拉 S % B %# 元。本项技术装备作 Q ’%R ， 为超硬材料工业的共性关键技术与装备， 所镀覆的超 硬磨料适用于各类高性能价格比金属、 陶瓷结合剂超 硬工具的制造， 已在金刚石工具厂获得良好应用。 系列镀覆产品是以真空微蒸发镀覆技术和设备所 生产的镀钛金刚石为核心， 通过电镀形成复合镀层。 图 # 表明了镀覆产品的系列和应用情况。 #B# 镀覆单一金属或合金的超硬磨料
在金刚石、 立方氮化硼表面镀钛及钛合金， 可以实 现磨粒与金属或陶瓷结合剂的强力结合， 工具切磨工 作时不脱粒、 出刃增加， 此外镀层也保护超硬磨料免受 工具烧结过程中的热损伤， 因而采用镀钛及钛合金的 超硬磨料制造工具大幅度提高了工具的寿命和加工效 率， 降低了工具制造成本。国际著名超硬材料生产厂 家都有相应的镀钛及钛合金超硬磨料品牌， 如 "#$##%& 公司的 ’"( ) *+,、 ， 公司的 ($-.!+ /0 1 2$’ ) 345,、 2$’ ) 3.5,、 6$-+!5 等。 技术特征： 镀覆单一金属 （如镀钛、 镀钨） 的金刚 的金刚石， 虽然从 石， 以及镀覆合金 （如镀钛7铬合金） 几何角度讲是单层的金属或合金， 但是真空微蒸发镀 覆过程中镀层即与金刚石形成了碳化物， 从金刚石表 面外延生长的碳化物在成分和结构上是逐渐过渡的， 与镀层金属或合金并没有明显的几何界限， 这是实现 镀层与金刚石牢固结合的关键因素。 镀覆工艺设备： 燕山大学研制生产的真空微蒸发 镀技 术 及 设 备， 镀 覆 成 本 低 于 5 0 5! 元 8 克 拉， 增重 单次镀覆量最大已经超过两万克拉。 5 0 + 9 4 0 5: ； 应用效果： 在金刚石与金属粉末混合、 烧结， 获得 的孕镶工具中， 已经广泛采用真空镀钛或镀钨的金刚 石实现金刚石与结合剂胎体之间的冶金结合。这类孕 镶工具制造工艺采用热压或保护气氛烧结， 很薄的镀 钛或镀钨镀层已满足了与结合剂胎体冶金结合的要 求， 因为镀钛金刚石被金属粉末包裹， 像锌、 锡低熔点 金属熔化后覆盖在镀覆的金刚石表面防止了镀层的氧 化失效， 此外热压过程中石墨模和湿润剂能形成保护
超硬材料系列镀覆产品及应用
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摘 要
燕山大学材料学院
王艳辉
王明智
臧建兵
郑炀曾
以真空微蒸发镀覆技术为核心， 围绕各类高性能超硬材料工具的不断开发应用， 目前已经形成了超
硬磨料镀覆系列产品。包括镀覆一层金属的超硬磨料， 如镀钛、 镀钨的金刚石； 镀覆合金的超硬磨料， 如镀钛— — — 铬合金的金刚石； 真空微蒸发镀覆之后再经电镀形成的多层复合镀超硬磨料， 如复合镀 +, ! -, 的金刚石等。这 些系列镀覆产品分别适用于金属粉末烧结工具、 钎焊工具和树脂结合剂工具， 对于提高工具质量、 降低制造成本 和新产品开发有显著作用。新近研制成功的一种适用于树脂结合剂工具的刚玉涂覆的超硬磨料， 克服了镀镍、 镀 铜超硬磨料镀覆成本高及使工具变钝的缺点， 是树脂工具升级换代的新产品。 关键词 超硬材料 金属化 镀覆 !"#$%!&$： .,/0 /01 2131456718/ 982 9664,:9/,58 5; 39<,5=> >=61<09<2 79/1<,94 /554> ?,/0 1@:14418/ 6<561</,1>，9 >1<,1> 5; :59/12 >=61<09<2 9A<9>,31 6<52=:/> 9<1 213145612 B C44 /01>1 6<52=:/> 9<1 A9>12 58 /01 39:==7 7,:<5 13965<9/,58 :59/,8D /1:08545DE B +01 >=61<09<2 9A<9>,31> ,8:4=21 2,97582 ?,/0 >,8D41 ! 49E1< :59/,8D >=:0 9> +,F:59/12 5< .F:59/12 2,97582，>=F 61<09<2 9A<9>,31> ?,/0 9445EF:59/,8D >=:0 9> +,)G< :59/12 2,97582，>=61<09<2 9A<9>,31> ?,/0 141:/<5649/12 :59/,8D 49E1< 9;/1< /01 39:==7 7,:<5 13965<9/,58 :59/,8D，>=:0 9> +,)-, :5765=82 :59/12 2,97582> B +01>1 :59/12 6<52=:/> 9<1 =>12 ;5< 79H,8D >,8/1<12， >5421<12 982 <1>,8 A58212 /554> B +01E 0931 <179<H9A41 1;;1:/> 58 ,76<53,8D /554>’I=94,/E，<12=:,8D 798=;9:/=<1 :5>/>，982 2131456,8D 81? 39<,1/,1> 5; 6<52=:/> B J1:9=>1 5; 0,D0 :59/,8D :5>/> 982 2=44,8D 5; -,F:59/12 5< G=F:59/12 >=61<09<2 9A<9>,31，9 81? 6<52=:/ ?,/0 :5<=82=7F:59/,8D 49E1< =>12 ;5< <1>,8 A58212 /554> 09> A118 <1:18/4E 213145612 >=::1>>;=44E B J1F :9=>1 /0,> 6<52=:/ :98 531<:571 /01>1 >05</:57,8D>，,/’ > 9 81? <1649:,8D 6<52=:/ ;5< <1>,8 A58212 /554> B ’()*+%,#： >=61<09<2 79/1<,94， 71/944,K9/,58， :59/,8D 前言 近年来， 随着各类高性能超硬材料工具的不断开 发应用， 我们以真空微蒸发镀覆技术为核心， 目前已经 形成了超硬磨料镀覆金属化系列产品， 这些系列镀覆 产品分别适用于各类不同结合剂和不同制造工艺的工 具。在各类高性能低成本超硬工具的制造中， 发挥了 重要作用。 刚玉涂覆的金刚石和立方氮化硼是我们研制开发 的具有创新性的产品， 采用硬脆的刚玉或碳化硅作为 涂层， 涂层凸凹不平， 呈 “刺状” ， 与金刚石、 立方氮化硼 牢固结合。经过工业化应用表明， 这种涂覆产品同时 提高了树脂砂轮的寿命和加工效率， 是树脂工具升级 换代的新产品。 本文介绍了各类镀覆产品的技术特征和应用效 果。 . 超硬磨料的镀覆种类及应用 我们完成的国家重点科技攻关成果： “超硬材料真 空微蒸发镀覆技术及装备” ， 其最重要的技术进展在 于： 镀覆温度低至 (&%L ， 与原始真空微蒸发镀覆技术 的 "M%L 相比， 降低了 #%%L 以上， 现在可以根据需要 在 (&% ! "M%L 任选温度实现镀覆， 这一范围的镀覆温