超硬磨料金刚石表面镀覆金属的研究现状
金属结合剂金刚石工具研究进展
金属结合剂金刚石工具研究进展摘要：金刚石的硬度极高，被广泛用作磨料来加工硬质材料，如混凝土、硬质合金或天然石材等。
随着新型陶瓷混凝土等加工对象的不断出现和变化，要求金刚石工具要持续改进，以提高其切削效率、减少自身磨损、同时降低其制造和使用成本。
本文综述了人造金刚石颗粒的性能、不同类型金属结合剂的成分组成和基本性能、金刚石与金属结合剂的界面结合强度的措施，并对金属结合剂金刚石工具的发展作了进一步探讨。
关键词：金属结合剂；金刚石；界面结合强度引言本文将分类对前人的研究结果进行综述，归纳人造金刚石颗粒的特性，对比不同金属结合剂的成分组成和材料性能，总结金刚石／结合剂的界面行为，展望金属结合金刚石工具的发展方向。
1金刚石磨粒的特性金刚石磨粒承担去除材料的作用，不仅要能经受住高速下的冲击力，而且要具有自锐性，即当磨粒磨损钝化后，能破裂生成新的切削刃。
金刚石的品级、粒度、含量等基本性能，以及其同结合剂的匹配均影响工具的切削效果。
国际上具有代表性的金刚石制造商有元素六和ge公司，其制造的用于切割和钻探的高品级金刚石晶形规则、棱角饱满、对称度高、抗冲击强度和热稳定好。
我国的金刚石生产企业有中南钻石、黄河旋风、郑州华晶等，它们生产的金刚石品种齐全，虽然某些产品性能上与国外产品有差异，但价格上有优势。
我国已占据世界金刚石合成量的90%以上，是名副其实的生产大国，现正向质量强国迈进。
2金属结合剂特点种类金刚石磨具用结合剂主要有树脂、金属、陶瓷等3类。
金属结合剂按主要成分可以分为：钴基、铜基（常为青铜、黄铜）、铁基、钨基、镍基、铝基结合剂等。
金属结合剂通常由黏结金属、骨架材料和添加剂组成。
黏结金属应具有较低的熔融温度，使其具有液相烧结的特性，填充于骨架金属之间及骨架金属与金刚石之间，牢固地黏结骨架金属和金刚石，使工具具有较高的强度和抗冲击性。
黏结金属通常是几种金属的合金，如Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ等金属及其合金。
骨架金属以碳化物为主，如ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＣ等，也可用难熔金属Ｗ、Ｍｏ代替ＷＣ等使用，其作用是在高温烧结时保持固相状态，固定金刚石，同时提高基体韧性和耐磨性。
CVD金刚石薄膜技术发展现状及展望(上)
CVD金刚石薄膜技术发展现状及展望(上)I. 引言A. CVD金刚石薄膜技术简介B. 目的和意义II. CVD金刚石薄膜技术的发展历程A. 早期CVD金刚石薄膜技术B. 发展阶段C. 现代CVD金刚石薄膜技术III. CVD金刚石薄膜技术的研究进展A. 影响金刚石薄膜质量的主要因素B. CVD金刚石薄膜的合成方法C. CVD金刚石薄膜的特性和应用IV. CVD金刚石薄膜技术的挑战和机遇A. 挑战B. 机遇V. 展望A. 未来的研究方向B. 实际应用的前景VI. 结论A. 总结CVD金刚石薄膜技术的进展B. 展望其未来的发展趋势I. 引言CVD金刚石薄膜技术是一种高新材料技术，它是通过将气态前体转化为固态金刚石，并在基底上生长形成金刚石薄膜。
CVD金刚石薄膜技术在磨削、切削、钻孔、陶瓷刀片、热处理等领域具有广泛的应用，是高科技领域的重要组成部分。
自20世纪80年代以来，CVD金刚石薄膜技术发展迅速，并逐步成为实现高精度磨削、加工和电子材料等领域需要的高性能材料之一。
本文将探讨CVD金刚石薄膜技术的发展历程、研究进展、挑战和机遇，以及未来的发展前景。
II. CVD金刚石薄膜技术的发展历程A. 早期CVD金刚石薄膜技术CVD金刚石薄膜技术最早起源于20世纪50年代，当时研究人员尝试将钻石立方晶型中的非晶碳沉积于硅晶体表面，但是固体碳薄膜在表面温度较高时很容易退火，而且成分不稳定，这限制了该技术的进一步发展。
B. 发展阶段20世纪70年代，随着CVD技术的发展，研究人员开始探索构建高品质金刚石薄膜制备技术，这标志着CVD金刚石薄膜技术进入了新的发展阶段。
80年代，美国和日本的研究团队先后报道了成功的金刚石薄膜合成实验，这次的突破为CVD 金刚石薄膜技术的实用化奠定了基础。
90年代，随着纳米技术的发展，研究人员对金刚石薄膜在纳米尺度下的性质进行了深入研究，使得CVD金刚石薄膜技术更加完善成熟。
C. 现代CVD金刚石薄膜技术随着科技的不断更新，CVD金刚石薄膜技术也不断得到提高和完善。
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。
金刚石表面真空镀镍的工艺分析
金刚石表面真空镀镍的工艺分析摘要：为对金刚石表面真空镀镍影响因素探索，本文采用多种工艺对金刚石进行表面真空镀镍。
实验数据表示，使用真空镀镍方法，金刚石强度没有受到影响，而且镀层与金刚石紧密结合，具有较强耐酸腐蚀性，金刚石表面构成耐腐蚀性较强的形成镍层，可以作为电镀金刚石线原材料使用。
旨在拓宽未来金刚石应用范围，为我国经济发展提供工业基础。
关键词：金刚石；真空镀镍；工艺前言：目前电镀金刚石普遍使用化学镀镍磷合金,但是化学镀会受到自身复杂步骤影响，难以有效控制金刚石镀镍效果。
而且在化学镀中还使用对环境造成严重污染的重金属辅助作业，无法实现金刚石镀镍长远发展。
而金刚石真空镀镍在真空环境下，借助活性剂，将金属粉末附着在金刚石表面，从而形成金属层。
因为操作方法简单，生产过程大大降低环境污染，成本较低，目前正在成为金刚石表面镀镍的重要研究对象。
1实验材料本文采用市面常见单晶3型料金刚石微粉作为试验材料，中心粒径与峰宽分别为7.513微米、3.228微米，并使用纯度99.5%的200目雾化镍粉作为真空镀镍材料。
将乙酸镍、乳酸等分析纯试剂混合后充分研磨，最后加入金刚石微粉混合。
其中，镍粉、乙酸镍等作为金刚石表面真空镀镍的镍源供给，而作为络合剂的乳酸则负责缩短镍元素在金刚石覆镀效果，加入氧化铝则是避免金刚石在镀镍过程中，出现板结现象，影响镀镍效果[1]。
2金刚石表面真空镀镍的工艺分析2.1粒度与镀覆粘连检测化学与真空镀覆都会出现连晶现象，但是连晶会影响电镀金刚石线使用质量，所以要对金刚石表面镀覆厚度进行检验，确保薄厚均匀，连晶情况少。
本文使用电阻测试法，借助位度分析仪完成粒度分析，对比金刚石镀覆前后峰型、峰宽，判断在镀覆作业后存在多少连晶金刚石[2]。
经过实验后，可以发现在镍源含量增加，在进行镍元素镀覆后，金刚石粒度明显增加，出现明显粘连情况。
而在镍源含量固定的情况下，络合剂含量增加，镀覆后的金刚石粒度有效降低。
5-金刚石颗粒表面均匀电镀工艺研究
V o.l 35 NO. 1 Feb. 2006
烘 干。整个 过程在 室温 下
采用碱 性除油 , 在 10% N aOH 溶液 中 , 并 加入 少
量的非离子表面 活性剂 煮沸 30m in, 用蒸 馏水 冲洗 2~ 3 次 , 除 去金刚石表面的油脂等污物。 2) 粗化 3) 敏 化
图 1 电镀金刚石装置示意图
[ 2]
2 . 2 电镀液及电镀条件
电镀液配方如表 1 所示。
表 1 普通电镀镍溶液的成分及工作规范 试剂名称 N iSO 4 N iC l2 7H 2 O / ( g L 6H 2 O / ( g L
- 1 - 1
配方 1 )
配方 2
配方 3
配方 4 250
120~ 140 150~ 250 250~ 300 30~ 60 7~ 9 8~ 10 30~ 35 20~ 30 30~ 40 35~ 40
- 1
)
N aC l / ( g LFra bibliotek)- 1
5 30
H 3 BO 3 / ( g L
) )
- 1
30~ 40 50~ 80 )
N a2 SO4 / ( g L M gSO4
- 1
7H 2 O / ( g L
- 1
50 4
。
N aF / ( g L
)
- 1
30 % 的 H 2 O 2 / ( mg L
发生下列情况 : 1) 当颗粒的形状为 圆形或 接近圆 形时 , /2, 颗粒沿斜面滚动 ; 3) 当 动又滚动 , 为摩擦角。 > 和 > 量在晶体侧棱之外通过 , 颗粒在斜面上滚动 ; 2) 当
将敏化与活化处理合 成一步 , 采用 新型的 盐基性 胶体钯 对 金刚石进行敏化活化 处理。这样 不仅简 化了工 艺 , 而 且配制 盐 基性活化钯胶体需要的氯化钯用量少、 成本低、 溶液稳定 [ 4] 。 2 . 1. 2 化学镀 N i 镀液组成 : 30g /L N iSO4 6H 2 O ( 随 硫酸 镍浓度 增加 , 镀 速 加快 , 但当 硫酸 镍浓度 超过 20g /L 以上 , 沉 积速度 增加 不太 明 显 , 当 浓度超过 30g /L , 镀液不稳定 , 镍易析出 , 镀速降低。 ) 30g /L N a H 2 PO2 2H 2 O ( 次 亚磷酸钠是镀液中 的主要还 原 剂。随次亚磷酸钠浓度的升高 , 沉积速度增加 , 这是因为随次 亚 磷酸钠浓度升高 , 氧化还原反应电位增加 , 反应的自由能向负 方 向变化 , 所以沉积速度加快 , 但当次亚磷酸钠超 过 30g /L , 镀 液 稳定性降低 , 镀速减慢 ) [ 5] 。 主络合剂 25g /L 10g /L 适量 4. 8~ 5. 2 ( 88 3) , 并要不断搅拌。
冶金铜基金刚石工具研究进展.
冶金铜基金刚石工具研究进展金刚石具有极高的硬度、极强的耐磨性和优良的物理机械性能。
以金刚石颗粒为磨料，与金属胎体经过混合烧结工艺制取的金刚石工具，由于充分利用并有效发挥了金刚石本身超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能，成为加工玻璃、花岗岩、大理石等硬脆材料不可替代的新型工具。
金刚石工具的工作层部分由金刚石磨料和胎体组成。
金刚石颗粒需要胎体的镶嵌把持才能发挥作用，金刚石工具的性能常常由胎体性能的质量来决定，其工作性能的发挥与胎体的性能是密切相关的。
由于烧结 Cu 基胎体脆而不粘，对金刚石有足够的固结力和粘结力，所以 Cu 基金刚石工具锋利、韧性好; 另外 Cu 基金刚石工具具有烧结温度低、成形性能好等特点，得到广泛应用。
但相对于 Co 基胎体，Cu 基胎体也有其自身的一些弊端，如对金刚石润湿性较差，造成金刚石工具强度、硬度低; 对金刚石的把持力较低，切削时会发生金刚石脱落，使实际参与切削的金刚石数量减少，导致宏观破碎率增加，耐磨性降低［1］。
为了克服以上缺点，科研人员将很多先进技术应用到 Cu 基金刚石工具中，例如预合金化技术、稀土元素等的应用。
本文从 Cu基胎体的分类、金刚石表面金属化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、预合金化技术在 Cu 基金刚石工具中的应用、稀土元素在 Cu 基金刚石工具中的应用等方面，综述 Cu 基金刚石工具的研究现状。
1 Cu 基胎体的分类众所周知，纯 Cu 液态对碳是呈惰性的，在 Cu-C内界面上很难发生扩散。
在Cu 中添加少量的合金元素，目的是改善 Cu 对金刚石的润湿，即降低接触角和提高 Cu 合金对金刚石的粘结强度，以此来达到工具中金刚石不过早脱落，提高金刚石工具使用性能的目的。
所以通常采用其它合金元素与 Cu 一起作为金刚石工具的胎体材料。
根据合金元素种类的不同，Cu 基胎体可分为以下几类:1) 青铜基胎体青铜基胎体是在 Cu 中加入强化元素 Sn 或再加入其它元素，青铜基胎体在金刚石工具中应用比较普遍。
金刚石表面特性及表面金属化
• 连生体进一步分成不规则连生体、平行连生体和双 晶(有连生双晶、穿插双晶、板状双晶等)。 • 多晶体有圆粒金刚石(波尔特型)、浅红金刚石和黑 金刚石等几种。 • 圆粒金刚石是由颗粒连生体和不规则连生体等微 晶形成的球状集合体，呈乳白色到钢灰色，常有裂 缝，硬度很大。 • 浅红金刚石是一种由中心向外放射状排列的微晶 金刚石组成的集合体，外形呈圆球状。这种多晶体 外壳坚硬，内核较软，硬度比圆粒金刚石和黑金刚 石低，强度比圆粒的高。 • 黑金刚石由更细金刚石组成的微密或多孔的集合 体，呈黑色、灰色或绿色，外形不规则。有的黑金 刚石表面有珐琅光泽，硬度略低于圆粒金刚石，但 韧性好。
金刚石表面特性及 表面金属化
—— 金刚石表面处理专题报告——
傅圣利
前 言
• 金刚石由于具有高硬度、低摩擦系数、高热导率、 低膨胀系数、低放射性等许多优异的物理特性， 在许多工业领域都得到应用。尤其是由金刚石和 金属、陶瓷或高分子树脂结合在一起做成的金刚 石工具，不仅被广泛用于民用建筑与土木工程、 石材加工业、汽车工业、交通工业、地勘与国防 工业等领域和其它现代高新技术领域，而且在宝 石、医疗器械、木材、玻璃钢、石材工艺品、陶 瓷、复合金属和硬脆材料等众多新领域不断出现， 社会对金刚石工具的需求也逐年增加。
3.1 基本原理
• 在金刚石表面镀覆或增加涂层以改变金刚 石表面粗糙镀对于树脂基金刚石工具也是 常用的变法，但其结合强度没有化学结合 显著。 • 金刚石表面金属化不仅能使金刚石与金属 粘接剂产生化学键合，而且能改变金刚石 表面形状，增加物理嵌合作用，提高金刚 石把持力，是金刚石最普遍采用的表面处 理方法。
• 空气中温度高于650℃时，-NO2、-NO3、 -SO3H基吸收带消失，桥接的含氧基吸收带强 度降低； • 用氢处理甚至在20℃时，呈现不同C-H基的 特征吸收带，同时-C=O、-COOH、-CHO和 -CO-O-OC-消失；900℃时用氢处理导致 -OH基脱除和C-H键含量增加。 • 化学改性处理对金刚石与水的表面接触角 影响很大（表3）：
CVD金刚石膜新兴研究方向及市场现状与趋势
综 述CV D 金刚石膜新兴研究方向及市场现状与趋势吕反修(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)摘要:CVD 金刚石膜研究已经持续了30余年,但仍然充满活力,新的研究方向不断出现。
纳米(和超纳米)金刚石膜、金刚石膜M E M s (微机电系统)和NE M s (纳机电系统)应用、大尺寸CVD 金刚石单晶、金刚石膜电化学应用和生物医学应用是当前CVD 金刚石膜的研究热点。
CVD 金刚石膜研究已经进入工业化应用阶段。
当前的主要应用市场仍然是工具(摩擦磨损)、高端产品,如热沉、光学、探测器和传感器、S OD 、S AW 等虽已有产品上市,但市场规模不大。
当前阻碍CVD 金刚石膜市场发展的主要因素是高昂的制备和加工成本,以及金刚石膜和异质材料的连接技术。
可以相信,随着上述问题的逐步解决,CVD 金刚石膜的应用市场必将出现一个欣欣向荣的局面。
关键词:CVD (化学气相沉积)金刚石膜;新兴研究方向;市场发展趋势中图分类号:TG17 文献标识码:A 文章编号:025426051(2008)1120001205New research d i recti on s i n CVD d i a m ond f il m s and the presen t st a tusand future trends i n comm erc i a li za ti onL ΒFan 2xiu (School ofMaterials Science and Engineering,University of Science andTechnol ogy Beijing,Beijing 100083,China )Abstract:Research in CVD dia mond fil m s is still active after al m ost 30years of its first e mergence in laborat ory scale 1Ne w research directi ons (hot s pots )continuously come f orth,of which the nano crystalline dia mond (NCD )and ultra nano crystalline dia mond (UNCD )fil m s,dia mond based ME M s (m icr o nano electr o 2mechanic syste m s )and NE M s (nano electr omechanical syste m s ),large CVD single crystal dia mond,electr oche m istry and bi o 2medical app licati ons are most attracting 1CVD dia mond fil m technol ogy has already entered the stage of industrial app licati ons 1A t p resent,dia 2mond fil m t ools (tribol ogy app licati ons )are the main p r oducts in the market 1W hilst the high technol ogy p r oducts,such as the dia mond fil m heat sinks,op tical windows,detect ors and sens ors,S OD ,S AW ,etc 1,even though they are available in the market,are still s mall in scale 1The main p r oble m f or large scale market use of CVD dia mond fil m p r oducts are:the rather high cost in p reparati on and fabricati on of CVD dia mond fil m s,and the difficulties in welding (bonding )of CVD dia mond fil m s with other kinds of materials 1It is believed that on s olving these p r oble m s,a ne w p r os per ous will be shown in the near future 1Key words:CVD dia mond fil m ;ne w research directi ons;market trends作者简介:吕反修(1943—),男,四川泸州人,教授,研究方向为化学气相沉积金刚石膜制备、表征、加工和应用,已发表论文300余篇(包括国内外学术会议邀请报告18篇)。
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。
金刚石和立方氮化硼超硬磨料表面处理技术应用及发展
2009年2月第1期 总第169期金刚石与磨料磨具工程D iamond&Abrasives EngineeringFeb.2009No.1 Serial.169文章编号:1006-852X(2009)01-0005-08金刚石和立方氮化硼超硬磨料表面处理技术应用及发展3王艳辉(亚稳材料制备科学与技术国家重点实验室;燕山大学材料学院,秦皇岛066004)摘 要 本文综合介绍了金刚石和立方氮化硼超硬磨料表面处理技术及应用情况及新的表面处理技术发展情况,包括真空微蒸发镀钛技术及应用进展;微粉专用真空微蒸发镀覆技术及应用;基于镀钛技术而发展的复合镀Ti-N i技术及应用;刚玉涂覆的超硬磨料及应用;基于原子层镀覆技术发展的超硬磨粒、微粉及纳米粉的镀硅镀钛技术及应用。
关键词 金刚石;立方氮化硼;表面处理;镀钛;镀硅;复合镀中图分类号 T Q164;TG73 文献标识码 A Appli ca ti on and develop m en t of coa ti n g technology ond i a mond and CBN surfaceW a ng Ya nhu i(S tate Key L abora tory of M etastable M aterials Science&Technology,College of M ateria ls Science and Engineering of Yanshan U niversity,Q inhuangdao066004,China)Abstract The surface treat m ent technol ogy on dia mond and cubic bor on nitride grits and their app licati ons are intr oduced in this paper.The techniques include the vacuum sl ow vapor depositi on(VS VD)technol ogy and its devel opment,the s pecial depositi on technol ogy based on VS VD for m icr o2powders and its app licati on, the co mposite Ti2N i coating based on Ti2coated technol ogy and its app licati on,dia mond grits coated with corundu m m icr on powders and the app licati on as well as Si2coated or Ti2coated superhard grits,m icr o powders and nano2sized powders based on at om ic layer depositi on.Keywords dia mond;CBN;Ti coating;Si coating;composite coating0 引言各类超硬工具都是用超硬磨料与结合剂形成的特殊复合材料。
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币斗字
Ｉ— ＿－ 宓
Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ
超硬磨料金刚石表面镀覆金属的研究现状
东方红
郑州工业安全职业学院４５１ １ ９２
＿摘要】：文章简要介绍了近年来金刚石超硬磨料表面金属化的种类及研究进展，并分析了各种方法的优缺点。
［关键词】：超硬磨料金刚石表面金属化
中图分类号：ＴＤ８７４文献标识码：ＴＤ 文章编号１００９—９１４Ｘ（２０１ ２）２０—０１２８—０１
１前言
金刚石以其高硬度、高耐磨性以及优异的高导热性和电绝缘性等
系列优良的综合性能在国民经济的许多领域具有广泛的用途” ，但
由于金刚石与金属之间具有很高的界面能，使金刚石颗粒不能
为金属所浸润，粘结性极差，导致磨料在工作中易与胎体金属
基分离，大大降低了金刚石工具的寿命及性能水平。因此，改善
金刚石与基体的结合强度是提高金刚石工具加工效率和使用寿命的
关键因素。 ２金刚石表面金属化的原理 金刚石表面金属化是指利用表面处理技术在金刚石颗粒表面镀 覆金属，使其表面具有金属或类金属的性能 ，其设想：金刚石表面 有具有金属特性的表面层，该表面层与金刚石晶体表面碳原子通过界 面化学作用形成具有冶金结合、金属特性的表面层，它与金刚石之间 有强大的结合力而不为一般机械磨擦所剥落。 金刚石表面通过物理或化学方法镀覆某些强碳化物形成元素如 Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ等过渡金属或合金。这些金属或合金在高 温下与金刚石表面碳原子发生界面反应，生成稳定的金属碳化物。碳 化物一方面与金刚石表面存在较好的化学键合，另一方面能很好地被 胎体金属浸润，能大大增强金刚石与胎体之间的结合力。此外金刚石 表面镀覆的金属或金属碳化物具有防护作用，镀层可隔绝金刚石与氧 的直接接触，防止金刚石高温下被氧化 ，这为金刚石表面金属化提 供了物化基础。 ３金刚石表面金属化的镀覆方法 ３．１化学镀及电镀 化学镀是在无外加电流的条件下，通过自催化过程的氧化一还原 反应在金刚石表面沉积金属。由于金刚石是非导体，本身对金属沉积 没有催化作用。在化学镀之前要对金刚石进行表面清洁、粗化与亲水 处理一胶体钯敏化、活化处理一解胶” 等预处理，其中，对金刚石进 行敏化、活化处理是最为关键的一步，它直接关系到镀层的均匀度和 与基体的结合力。电镀实际上为化学镀的延伸。经过化学镀覆导电层 的金刚石颗粒表面在滚镀筒或搅拌筒中通过底板或插入导电板与电 源阴极接通，镀液中被镀金属离子在电场力作用下撞击金刚石表面后 吸附还原结晶 。电镀主要用于化学镀层的加厚或续镀其它金属层以 降低化学镀成本。 ３ ２真空物理气相沉积（ＰＶＤ） 在真空条件下，将金属根据成膜材料气化成原子、分子或离子， 直接沉积到镀件表面，称为真空物理气相沉积，简称ＰＶＤ。根据气化 方式不同，ＰＶＤ又可分为真空蒸发镀、真空溅射镀及真空离子镀。用 磁控溅射法镀Ｔ ，研究结果表明，镀Ｔｉ对复合材料性能的影响与结 合剂成份及烧结工艺密切相关，Ｔｉ在强化Ｃｏ的同时提高了Ｃｏ的韧 性，故镀 金刚石用于Ｃｏ基中效果最佳。若采用此法在金刚石表面 镀Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ及ＴｉＮ，磨料的单粒抗压强度有明显提高，强碳化物 生成元素Ｔｉ、Ｍｏ能与磨料局部形成化学键合，但对结合强度的提高 并不明显” 。国外也发展了许多复合镀。但该方法设备昂贵，操作复 杂，单次镀覆量低，镀层不均匀、易漏镀，镀层与金刚石之间只是物 理附着，无化学冶金结合，难以实现工业化。 ３ 真空化学气相沉积（ＣＶＤ） 真空化学气相沉积是利用气态物质在一定压力、温度、时间条件 下，将被镀金属的气态化合物（如卤化物）导入放有镀件的反应室内， 与镀件接触发生热分解或化学合成反应而形成镀层。据报道，利用 ｌ２８ 科技博览ｌ ＣＶＤ在金刚石表面镀覆Ｃｒ、 Ｍｏ及其合金等，可形成碳化物镀层。 此方法如果用于金刚石镀Ｔｉ，镀层与金刚石发生化学反应，形成强力 台金结合，反应温度高，易损伤金刚石，气相难以深入颗粒内部、单 次镀覆量低、成本高。 ３．４真空微蒸发镀 其原理与蒸镀法类似，即在真空条件下，选择工艺参数在化合物 可以稳定生长、又不使磨料受热损伤的温度，在镀覆过程中形成厚度 可控、致密、连续的镀层。此法具有较高的界面结合强度和良好的抗
结合剂侵蚀性能，实现了在金刚石磨料表面镀覆钛、铬、钨、钼及其
合金，并进行了工业化应用与推广。通过对许多碳化物形成元素及合
金进行试验，发现只有镀钛的温度最低，镀覆后对磨料热损伤最小。
２００１年推出了新一代超纯镀钛技术，最新又出现了超纯低温镀钛技
术，进一步提高了工具的性能与稳定性，并实现大规模的工业化生产。
３ ５盐浴镀
盐浴镀把氯化物加入到金属与金刚石粉末中，在８５０～１ １ Ｄ０℃
盐浴处理１—２ ｈ后金刚石表面形成碳化物镀层［８１ｏ科学研究者在金
刚石表面进行盐浴镀钛、铬及其合金等，形成了结构致密的碳化物镀
层，不仅提高了磨料的抗压强度，而且也提高了镀层与基体的结合力，
防止金刚石高温热蚀及氧化［８ １２１０该方法的主要缺点是：镀覆温度高，
镀后从盐浴中分离金刚石工艺复杂，镀覆成本较高。
４结语
超硬材料金刚石极具应用价值。其表面金属化技术的广泛应用，
对于提高产品质量、降低生产成本起到了重要的作用。相信未来，我
国超硬材料行业将会得到更大的发展。
参考文献：
…臧建兵，赵玉成，等． 超硬材料表面镀覆技术及应用． 金
刚石与磨料磨具工程，２０００，３（１１７）：８
［２】冒爱琴，何宜柱，郑翠红，朱伟长等 金刚石表面金属化的
研究现状材料导报，２ ０ ０ ５，２
【３】胡国荣，刘业翔，杨凯华，等化学镀膜金刚石的高温耐蚀性
研究［Ｊ］．金刚石与磨料磨具工程，２ ０ ０ ０，２（１ ６）３—５
［４】胡国荣，彭忠东，等金刚石表面化学镀预处理研究 电镀与
环保，１ ９ ９ ９，１ ９（４）
【５】王艳辉金刚石磨料表面镀钛层的制备、结构、性能及应用，
燕山大学，２００２
［６】李晨辉 吕海波，刘雄飞镀钛金刚石与结合剂间的结合状
态［Ｊ】稀有金属材料工程 １ ９９９ ２８（６）：４０１—４０５．
［７】刘雄飞．李晨辉．镀膜对金刚石与结合剂之问结合性能的影
响［Ｊ】．中国有色金属学报，２００１，１１｛３）：４４５—４４７．
【８】张凤林．魏听，王成勇金刚石表面镀覆金属的性能研究［Ｊ】
工具技术，２００２，３６（１）：２６—２９
［９】汤小文人造金刚石盐浴渗钛［Ｊ】．金属热处理 １９９９ （５）：
２２－２７．
【１０ｌ项东，李木森 刘科高 等金刚石表面盐浴镀Ｔｉ层研究［Ｊ】
热加工工艺，２００９，３８（４）：７４－７７
１】孔见盐浴法金刚石表面镀铬研究 常州工学院学报
２００３，１６（４）：１２—１４．
１１ ２】段隆臣，陈裕康，杨凯华金刚石表面真空盐浴镀覆金属的
试验研究【Ｊ］．探矿工程，１ ９９９（３）：４９—５２．