CVD金剛石塗層硬質合金刀具——技術問題

金剛石薄膜塗層硬質合金刀具，在原有硬質合金刀具的基體上利用化學氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition， CVD）沉積了一層金剛石膜層，這就使得其不但具有硬質合金的性質，還同時具有金剛石塗層硬度高、耐磨性好的優異性能。評價金剛石薄膜品質主要在膜層結構是否均勻、缺陷多少，特別是裂紋的存在等幾個方面。裂紋的存在和擴展會使得刀具的綜合性能明顯下降，從而影響刀具的使用壽命。因此，為了優化金剛石塗層硬質合金刀具，在原本CVD和PCD的基礎上，又相繼出現了一些新的工藝技術，如低壓CVD、等離子CVD、真空陰極電弧沉積法、直流電弧等離子噴射CVD、熱絲CVD等。

其次，在成刀之後的刃磨工序也是金剛石塗層刀具所面臨的一個關鍵問題。由於通過化學氣相沉積所得到的膜層是由顆粒較粗的金剛石組成，在刃磨的過程中難以保證高精度的切削。此外，刃磨工藝本身操作工序相對複雜，在整個過程中很容易給金剛石薄膜的品質以及使用壽命帶來不良影響。於是，相關研究人員通過改善金剛石薄膜沉積的工藝條件從而得到微米級，甚至是納米級的金剛石顆粒薄膜。這就使得成刀後不再需要進行刃磨，客觀上講既降低了刀具的製造成本，又有效地避免了刃磨工藝所帶來的問題。

最後，還有一個最為重要的問題就是金剛石薄膜與硬質合金基體間的結合力或者說附著力的問題，這也是大多數塗層刀具中所面臨的的最主要的技術問題之一。簡單來說，在機械加工中，若金剛石薄膜與基體之間的附著力過小，在切削力以及摩擦力的共同作用下（尤其是在高速高載荷切削過程中），CVD金剛石薄膜會過早地從硬質合金刀具基體上剝落而造成失效，從而大大地降低了塗層硬質合金刀具的切削性能以及使用壽命。而這一問題所面對的最要的困難是硬質合金所含的鈷Co。這是因為Co在高溫高壓的環境中能夠促進石墨向金剛石轉化（二者為碳的同素異形體，Co可作為高壓下合成金剛石的觸媒），但是在低溫低壓的環境中（CVD金剛石的生長條件下）它卻能促進石墨的生長，因而CVD金剛石難以形核，其金剛石薄膜與硬質合金基體間的附著力也受到了嚴重的影響，最終失效。因此，為了提高CVD金剛石塗層硬質合金膜層與基體間的結合力，需對其進行預處理，相關研究人員也提出了不少工藝方法，如酸液浸蝕或等離子體蝕刻去除鈷Co的方法、施加多種過渡層的方法以及機械或化學熱處理等方法。雖然這些方法尚在研發階段，但是這也標誌著CVD金剛石塗層硬質合金刀具具有廣闊的應用前景。