CVD金刚石涂层硬质合金刀具——技术问题

金刚石薄膜涂层硬质合金刀具，在原有硬质合金刀具的基体上利用化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition， CVD）沉积了一层金刚石膜层，这就使得其不但具有硬质合金的性质，还同时具有金刚石涂层硬度高、耐磨性好的优异性能。评价金刚石薄膜质量主要在膜层结构是否均匀、缺陷多少，特别是裂纹的存在等几个方面。裂纹的存在和扩展会使得刀具的综合性能明显下降，从而影响刀具的使用寿命。因此，为了优化金刚石涂层硬质合金刀具，在原本CVD和PCD的基础上，又相继出现了一些新的工艺技术，如低压CVD、等离子CVD、真空阴极电弧沉积法、直流电弧等离子喷射CVD、热丝CVD等。

其次，在成刀之后的刃磨工序也是金刚石涂层刀具所面临的一个关键问题。由于通过化学气相沉积所得到的膜层是由颗粒较粗的金刚石组成，在刃磨的过程中难以保证高精度的切削。此外，刃磨工艺本身操作工序相对复杂，在整个过程中很容易给金刚石薄膜的质量以及使用寿命带来不良影响。于是，相关研究人员通过改善金刚石薄膜沉积的工艺条件从而得到微米级，甚至是纳米级的金刚石颗粒薄膜。这就使得成刀后不再需要进行刃磨，客观上讲既降低了刀具的制造成本，又有效地避免了刃磨工艺所带来的问题。

最后，还有一个最为重要的问题就是金刚石薄膜与硬质合金基体间的结合力或者说附着力的问题，这也是大多数涂层刀具中所面临的的最主要的技术问题之一。简单来说，在机械加工中，若金刚石薄膜与基体之间的附着力过小，在切削力以及摩擦力的共同作用下（尤其是在高速高载荷切削过程中），CVD金刚石薄膜会过早地从硬质合金刀具基体上剥落而造成失效，从而大大地降低了涂层硬质合金刀具的切削性能以及使用寿命。而这一问题所面对的最要的困难是硬质合金所含的钴Co。这是因为Co在高温高压的环境中能够促进石墨向金刚石转化（二者为碳的同素异形体，Co可作为高压下合成金刚石的触媒），但是在低温低压的环境中（CVD金刚石的生长条件下）它却能促进石墨的生长，因而CVD金刚石难以形核，其金刚石薄膜与硬质合金基体间的附着力也受到了严重的影响，最终失效。因此，为了提高CVD金刚石涂层硬质合金膜层与基体间的结合力，需对其进行预处理，相关研究人员也提出了不少工艺方法，如酸液浸蚀或等离子体蚀刻去除钴Co的方法、施加多种过渡层的方法以及机械或化学热处理等方法。虽然这些方法尚在研发阶段，但是这也标志着CVD金刚石涂层硬质合金刀具具有广阔的应用前景。

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