北京科技大学科技成果——金刚石薄膜涂层硬质合金工具开发
北京科技大学科技成果——TiC金属复合涂层反应热喷涂粉末及其制备技术
北京科技大学科技成果——TiC/金属复合涂层反应热喷涂粉末及其制备技术项目的简单概述本项目根据反应热喷涂的原理，研究开发了反应热喷涂粉末的前驱体碳化-复合技术，在此基础上成功开发了TiC/金属系列陶瓷-金属复合涂层反应热喷涂粉末。
该产品技术具有如下特点：（1）所制备的粉末具有包覆结构，结合强度高，流动性好，可以保证喷涂过程中反应组元充分反应、获得优质的TiC/金属反应热喷涂复合涂层；（2）涂层中TiC颗粒细小（普通火焰喷涂≤300nm；等离子喷涂≤500nm），涂层与基体结合强度高；（3）对喷涂条件要求低，既可用于普通火焰喷涂，也可用于等离子喷涂；（4）生产和应用（喷涂）成本低。
项目的最新进展、所达到的水平已申报2项国家发明专利，可产业化。
项目的关键数据，如性能指标等①喷涂方式：普通火焰喷涂或等离子喷涂②孔隙率：≤3％（普通火焰喷涂）③涂层表面硬度：HRA≥90（普通火焰喷涂）④耐磨性能：普通Ni60涂层的12-18倍（普通火焰喷涂）项目的应用范围、领域机械、冶金、矿山、化工、汽车、能源、耐火材料等领域耐磨涂层（构件）。
经济效益分析的各项数据本项目产品生产原材料为普通钛铁粉、石墨粉等，原材料成本约为20-25元/公斤，全部生产成本约为50-80元/公斤。
目前一般陶瓷/金属复合喷涂粉（如WC/Co）价格在250元/公斤以上。
本项目产品售价按200元/公斤计算，可获利润100元/公斤（10万元/吨）以上，经济效益显著。
市场前景预测本项目产品对喷涂条件要求低（既可用于普通火焰喷涂，也可用于等离子喷涂）、涂层耐磨性能好，可替代WC/Co喷涂粉末，具有广泛的应用前景。
投资额、规模、收益（包括设备投资、水电费用、原料等）20吨/年约需投资60万元，厂房面积100m2；50吨/年约需投资100万元，厂房面积150m2。
CVD金刚石涂层硬质合金刀片的基体预处理方法进展
第18卷第1期V ol.18 N o.1硬 质 合 金CEM EN T ED CA RB ID E2001年1期J an. 2001综合评述CVD金刚石涂层硬质合金刀片的基体预处理方法进展Ξ匡同春ΞΞ 成晓玲 白晓军 刘正义 (广东工业大学,广州,510090) (华南理工大学,广州,510641)代明江 周克崧(广州有色金属研究院,广州,510651)摘 要 全面概述了CVD金刚石涂层硬质合金刀具的开发现状、存在的主要问题,重点对硬质合金刀具表面预处理方法的研究现状进行了综述。
关键词 金刚石膜 硬质合金刀片 预处理1 引 言CVD金刚石膜是一种超硬的多功能材料,具有高硬度、高导热率、低摩擦系数、低热膨胀系数、高化学稳定性等优点,是一种理想的刀具材料。
用作刀具涂层开发出的CVD金刚石涂层硬质合金刀片,特别适合于加工有色金属及合金、非金属材料、复合材料等难加工材料。
CVD金刚石膜用作刀具涂层被认为是能最早实现其工业化应用的领域之一,CVD金刚石涂层刀具通常采用韧性好、强度高的硬质合金刀片作基体,涂层厚度一般在20Λm以下。
早在1988年10月在东京召开的第一届国际新金刚石科技大会上,日本旭(A sah i)金刚石工业公司就展示了一系列引人注目的金刚石涂层硬质合金工具,采用电子激活CVD法(EA CVD法),在工具上涂覆了5～50Λm厚的金刚石膜,用这种材料制作的铰刀和钻头,其寿命可提高10倍。
1990年9月在华盛顿召开的第二届新金刚石科技研讨会(I CND ST -2)上,维也纳理工大学的B enno L ux教授阐述了他们在烧结硬质合金刀具上沉积CVD金刚石所取得的进展,发现这种刀具用于切割印刷线路板,其磨损几乎与D e B eers公司SYND IT E多晶人造金刚石复合材料一样的慢。
在1993年美国西部金属及工具博览会(W estec’93)上,最引人注目的新产品是金刚石涂层刀片,这些刀具由美国目前生产此类刀具的两家公司C rystallum e和N o rton D iam ond F il m展出,引起其它工具制造厂家的关注,这些刀具最适合加工高硅铝合金。
北京理工大学科技成果——大尺寸碟形金刚石砂轮精密、高效修整技术
北京理工大学科技成果——大尺寸碟形金刚石砂轮精密、高效修整技术成果简介大尺寸碟形金刚石砂轮是指用于齿轮专用磨床的直径300mm-500mm之间的碟形金刚石砂轮，本项目对碟形金刚石砂轮的修整原理和技术基础进行了深入研究，研究结果显著地提高了硬质合金插齿刀制造的齿形精度和表面质量，解决了高精度、高速、高承载硬齿面传动齿轮加工的关键技术难题。
研制出一种利用杯形砂轮和对磨修整法的大尺寸碟形金刚石砂轮修整器，已获得实用新型专利。
修整器具有独立的动力系统和双向修整进给装置，修整器刚性和工作稳定性好，可分别使用D/GC杯形砂轮作为修整工具，修整器的综合性能良好，能很好地完成碟形金刚石砂轮的整形和修锐工作。
项目来源自行开发技术领域先进制造应用范围项目成果已成功应用于内蒙古第一机械制造（集团）公司的高精度传动系统的硬齿面齿轮生产工艺。
使用修整后的大尺寸碟形金刚石砂轮已经成功地磨制出齿形精度为0.004mm的AA级硬质合金插齿刀，并用此硬质合金插齿刀稳定地插制出6-7级精度的HRC60的硬齿面传动齿轮，使用效果良好，解决了长期以来制约该企业的高速、高承载传动系统硬齿面精密齿轮制造的关键工艺技术瓶颈问题。
适合特种车辆制造企业、汽车整车与零部件制造企业、传动齿轮制造企业。
现状特点国内领先；2006年通过原国防科工委组织的国防科技成果鉴定。
所在阶段工艺成型。
成果转让方式技术转让、合作开发、技术服务市场状况及效益分析项目成果可为开发大尺寸碟形砂轮修整器制造方法，以及指导金刚石砂轮的整形与修锐，为提高机械制造企业对于传统系统、关键零部件的快速研制能力提供工艺技术指导。
（1）与原有修整方法相比，采用本项目修整技术后，磨削出的插齿刀齿形误差可减小15%-40%，修整效率提高80%。
（2）由于大尺寸碟形砂轮使用寿命的提高，年可节约砂轮购置费用约40万元。
（3）由于硬质合金插齿刀使用寿命的提高，年可节约硬质合金插齿刀购置、复磨费用约40万元。
CVD纳米金刚石涂层工具研究进展
CVD纳米金刚石涂层工具研究进展刘书军;邓福铭;赵晓凯;陆绍悌;卢学军【摘要】概述了CVD纳米金刚石涂层工具的研究开发现状、存在的主要问题,重点介绍了硬质合金基体表面预处理方法及纳米金刚石生长工艺参数对CVD纳米金刚石涂层工具结构和性能的影响,其中,介绍了硬质合金基体表面预处理方法主要有酸液浸蚀去钴、施加中间过渡层、机械或等离子体处理、负偏压等；蚋米金刚石生长工艺参数则主要从碳源浓度、基体温度、反应气压三方面进行了介绍；最后,对CVD纳米金刚石涂层工具发展趋势和应用前景作出了展望.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2011(023)003【总页数】5页(P26-30)【关键词】化学气相沉积(CVD);蚋米金刚石涂层;硬质合金;预处理【作者】刘书军;邓福铭;赵晓凯;陆绍悌;卢学军【作者单位】中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所北京100083;北京迪蒙特佳工模具技术有限公司北京100083【正文语种】中文【中图分类】TQ1641 引言化学气相沉积（CVD）金刚石涂层材料由于具有天然金刚石特有的高硬度、极高的热导率、极低的摩擦系数和良好的化学稳定性等优异性能，所以，在切削硅铝合金、纤维增强塑料以及陶瓷等硬质和耐磨材料方面的应用愈来愈广泛［1］。
然而，传统微米级CVD金刚石工具由于在表面粗糙度以及后续抛光等方面存在缺陷，使之不能保证高精度切削。
为了改善金刚石涂层的表面粗糙度，在基底上自然沉积一层光滑的薄膜就显得更为重要，而纳米级CVD金刚石工具由于结合了表面粗糙度低、晶粒细小、易抛光、以及良好的光学、力学和热学性质等吸引了众多研究者的兴趣。
当前，切削工具、拉丝模、滑动轴承以及许多种抗摩擦复合件的基体材料主要采用硬质合金。
传统的切削工具由于存在摩擦磨损严重而且工作寿命短等缺点难以满足高速高效切削的需要，因此，在硬质合金基体上沉积金刚石涂层就成为改善或解决这些问题的一种有效方法。
金刚石涂层
化学气相沉积法制备金刚石涂层金刚石是硬度最高的固体物质（HV= 100GPa),性质稳定，耐磨，但却难以加工成各种所需的零件和制品。
采用气相沉积法制备金刚石涂层，可以使金刚石性质得以从分利用，同时也节约了成本。
下面以金刚石涂层拉拔模具的制备为例，简单介绍化学气相沉积法金刚石涂层的制备方法。
金属线材行业是我国的主要传统产业，而金属线材生产企业重要的易消品就是拉拔模具，其使用方式如图1所示，拉拔模具的性能决定了金属线材的质量、生产效率和生产成本。
目前线材行业所用的模具主要为硬质合金模具和聚晶金刚石模具两大类。
硬质合金模具寿命短，易粘料，生产效率低；聚晶金刚石模具价格高，制作较大尺寸模具和异形模具非常困难，且韧性较差。
本文应用化学气相沉积(chemicMvaperdepsdition，CVD)金刚石涂层技术，制成金刚石涂层拉拔模具，克服了硬质合金拉拔模具不耐磨和聚晶金刚石拉拔模具韧性较差的缺点，成为新一代的拉拔模具。
金刚石涂层拉拔模具的制备过程：金刚石涂层拉丝模具是以YG6硬质合金模具为基体，经过特殊的表面处理后，用气相沉积方法，在硬质合金拉丝模具基体工作区域表面沉积10—30p,m的多晶金刚石膜。
经修整、抛光、镶套后制作成成品，具体过程如图2所示。
(1)准备工作选择YG6牌号硬质合金模具，坯料孔型和尺寸与所要制备的成品模具相适应，通过内孔研磨修整工艺将模具坯料修整为合适的形状，预留30u m 左右的尺寸余量，以配合涂层厚度尺寸。
将修整完毕的硬质合金模具进行喷砂处理，去除表面的污染物和疏松层，再使用蒸馏水、酒精在超声波清洗机中清洗。
最后将模具在配制好的酸、碱液中进行表面腐蚀处理，并采用蒸馏水、酒精超声波清洗，完毕后将试件装入自制的热丝CVD金刚石沉积设备中。
(2)涂层沉积通人H2和CH4，将热丝加热至2500℃左右，调节气体流量、热丝温度、气压、基体温度等工艺参数，使模具表面沉积厚度约40 um的金刚石膜，制成金刚石涂层拉拔模具。
硬质合金金刚石涂层工具基体前处理有效方法探讨
硬 质合 金 的 粘 结 相 ｃ ｏ在 金 刚 石 涂 层 沉 积 过 程 中
具 有抑 制 金 刚 石 形 核 和 生 长 ， 化 膜 基 界 面 的 负 面 作 弱
把 经 过 碱 处 理 和 超 声 清 洗 的 刀 片 置 于 强 电流 直 流
扩 展 电 弧 设 备 中 进 行 金 刚 石 薄 膜 涂 层 沉 积 。 沉 积 压
度 ： ．％ 。 ２５ ３ 实验 结 果 及 分 析
因 。 为 了解 决 这 个 问 题 ， 们 采 用 碱 处 理 方 法 强 粗 化 我 硬质合金 表 面并刻蚀 表层 ｃ ， 除了 ｃ ｏ消 ｏ在 金 刚 石 沉 积 过 程 中 的 不 利影 响 ， 高 了 金 刚 石 薄 膜 的 质 量 和 涂 提 层 的 附 着 力 ， 得 了 实 质性 突破 。 取
２２ 超声处理 ．
图 １ 溶液 １ 刻蚀 ２ 分钟铣刀片表面形貌 图 ０ 秒 的 Ｙ ６铣 刀 片 进 行 分 析 ， 形 貌 图 如 图 １和 图 ２所 Ｇ 其
示。
将 碱 处 理 的 刀 片置 于 盛 乙 醇 ＋
干。
金 刚 石 粉 的容
溶液 １ 蚀 ２ 刻 ０分 钟 后 Ｙ ６铣 刀 片 表 面 衬 度 显 示 Ｇ 两 种 不 同 的颜 色 ： 白色 和 灰 黑 色 ； 液 １ 蚀 ２ 灰 溶 刻 ０分
关键词
金 刚石 涂 层
强粗 化 负作 用 附 着 力
ＫＥ ＹＷＯＲ ￣ Ｉ １ 引 言
ｄａ ｏ ｄｃ ｔ ｇ ； ｕ ｉ ｌ；ｅ ａ ｖ ｎ ｕ ｎ ｅ ａｈ ｓ ａ ｎ ｏｈ ｈ ｉ ｆ ｌ ｏ ２ ３ 金 刚 石 薄 膜 涂 层 沉 积 ．
（ ） 处 理 方法 ２碱 ’
首先 ， 溶 液 １在 室 温 下 浸 蚀 Ｙ ６刀 片 ２ 用 Ｇ ０分 钟 ， 以刻 蚀 ＷＣ； 后 ， 用 溶 液 ２浸 蚀 这 种 刀 片 两 分 钟 ， 然 再 以刻 蚀 ｃ 。最 后 用 酒 精 将 硬 质 合 金 刀 片 清 洗 干 净 。 ｏ
强电流直流伸展电弧等离子体CVD金刚石沉积均匀性研究
ｉ ｔｉｋ ｅｓｉ ｅ８ｔａ ． ％ ｆｍ ｈｃ ｎ ｓ Ｓｌ８ ｈ ｎ ２ Ｏ ． ｌ
ｅｅ ｅｔｖ ｅ ｏ ｉｏ ｏ ｅｏ ｅｓｓｅ Ｓ６ ｍ ｏ８ ｍ ｎｒｄｕ ｉ ｃｉｎｆｏ ｔｅｃ ｎｅ ｆ ｆ ｃｉｅｄ ｐ ｓｔ ｎｚｎ ｆｈ ｙｔｍ ｉ ｃ ｔ ｃ ｉ ａ ｉｓｄｒ ｔ ｒｍ ｈ ｅ ｔｒｏ ｉ ｔ ｅ ｏ
ＤＣ ｒ ｌｓ ａ ｃ ｐ ａ ｍａ ＣＶＤ
Ｓｏ ｇ Ｊａ ｈ ａ Ｍｉｏ Ｊｎ ｉ Ｌ ａ ｘｕ Ｔａ ｇ Ｗ ｅｚ ｏ ｇ ｎ ｉｎ ｕ ａ ｉｑ ｖ Ｆ ｎ ｉ ｎ ｉｈ ｎ
（ ｎ ｅ ｉ ｃ ｎｅ Ｔｃｎｌ ｙＢ ｉ ｇ，ｅｉｇ１０８ Ｃ ｉ ） Ｕ ｉｒｔ ｏ ｉ ｃ ＆ ｅｈｏ ｇ ｅｉ Ｂｉｎ ００３，ｈｎ ｖ ｓｙ ｆＳ ｅ ｏ ｊ ｎ ｊ ａ
文献标识 码 Ａ
离子体的扩散 区的径 向 ６ｃ ８ｍ 轴向距 阳极 ７ｃ １ｃ ｍ一 ｃ ， ｍ一 ９ｍ的范围为该设 备的有效沉 积区域。 关键词
中图分类号 Ｔ １４ Ｑ６
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｅ ｏ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｔ ｆｈ ｇ ｕ ｒ ｎ ｘ ｅ ｄ ｄ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｕ ｉｏ ｍｉ ｏ ｉ ｈ ｃ ｒ ｅ ｔｅ ｔｎ ｅ ｉ ｙ
维普资讯
２０ ０６年 ２月
金 刚石 与磨料磨具二 程 Ｌ
Ｄｉｍｏ ｄ ＆ Ａ ｒｓｖ ｓＥｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ａ ｎ ｂ ａ ｉｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ
Ｆ ｂ ｕ ｒ． ０ ６ ｅ ｒ ａｙ ２ ０
总第 １１期 ５
第１ 期
Ｓ ｒａ． ５ Ｎ ． ｅｉ １ １ １ ｏ１
１ 引言
近年来 ， 国外在硬质合金工具金 刚石涂层技术方 面已经取得了显著的进展 ， 许多世界著名的厂商开始
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北京科技大学科技成果——金刚石薄膜涂层硬质合
金工具开发
成果简介
金刚石薄膜涂层硬质合金工具由于性能优异、成本相对较低（与PCD和金刚石厚膜钎焊工具相比）、可以适应于复杂形状工具衬底沉积、以及可能大批量沉积等优点，具有非常好的市场前景。
金刚石薄膜涂层硬质合金工具开发的关键是解决金刚石薄膜在硬质合金衬底上的生长（沉积）和良好附着的技术。
本项目成果采用独特的衬底预处理和优化的金刚石膜沉积工艺已经解决了Co对金刚石膜生长和附着的有害影响问题。
在YG类硬质合金工具衬底所沉积的金刚石膜涂层厚度最大可达20-30m。
用洛氏硬度压痕法评定的金刚石膜附着力时的无裂纹临界载荷达1500N以上。
在铣削Al-12wt%Si合金时，金刚石薄膜涂层的YG6铣刀比未涂层硬质合金刀片使用寿命可提高20倍以上。
本成果基于我们已经取得的两项关于金刚石膜低温沉积技术和硬质合金衬底激光预处理技术的发明专利（ZL91102584.7，ZL93119434.2），以及最近完成的另外二项关于使用特殊钴化物过渡层提高金刚石薄膜附着力的技术（已申请发明专利，申请号：99107912.4，01130903.2）。
此外本项目组正在进行工业化生产设备和技术的研究开发，原型设备研制已接近完成，其特点是摒弃通常CVD设备的平面沉积方式，采用立体（空间）沉积方式，因此可以一次沉积大量工件。
最终工业
化设备的目标是一次涂覆可转位刀片（或钻头）300只以上。
本项目成果可用于开发各种金刚石薄膜涂层硬质合金工具和模具，以及其它需要解决极度耐磨或降低摩擦的应用。
经济效益及市场分析
金刚石薄膜涂层硬质合金刀具可用于高硅铝合金、各种有色金属、复合材料、塑料、陶瓷及各种非金属材料的切削加工，量大面广，市场潜力很大。
金刚石薄膜涂层硬质合金模具可解决延长大口径（如丝径大于1毫米）拉丝模的寿命问题，这些问题依靠金刚石单晶或PCD 不能解决，也不能采用金刚石厚膜，所以也有很好的市场前景。
一些特殊的工具，如机械化木工加工工具，加工条件对工具的磨损很厉害，工具形状复杂（常用组合刀具），价格很高，用量很大，是金刚石薄膜涂层工具的一个十分理想的市场。