纳米金刚石涂层硬质合金球简介

纳米金刚石涂层多见于硬质合金刀具等平面体的应用中，像硬质合金球这样的球体或曲面上需要采用有别于传统的化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，PVD）新型工艺。这些新的工艺方法在基于传统工艺的基础上根据基体的物理性质、化学性质以及形状或表面特性等的不同，加以改进，形成适用性更广的沉积工艺，如微波等离子体CVD法（在750℃硅衬底沉积纳米金刚石膜）、热丝化学气相沉积法（可制备厚度达3μm的球面金刚石膜）、直流电弧等离子体喷射法（在钼Mo衬底上成功制备出厚度大于500μm的球面金刚石厚膜）。

在硬质合金球上沉积纳米金刚石涂层的意义在于其可以有效地减少机械设备中零部件的磨损，这也是导致一些机械零件失效的直接原因。随着科学技术的不断发展，一些机械设备的工作环境要求也不断变得严苛，如超高温或超低温、高载荷以及真空度高等都给机械设备带来了极大的难题。若仅仅依靠传统的润滑油脂已经难以满足如今的润滑需求，这就使得固体润滑剂得到了较大的发展空间。固体润滑材料一般可分为固体粉末润滑剂、固体润滑膜以及自润滑复合材料三类。如今已经成功投入生产的固体润滑膜已有二硒化钨（WSe₂）、氮化硼（BN）、二硫化钼（MoS₂）、金（Au）、银（Ag）、铅（Pb）等，而纳米金刚石薄膜就属于固体润滑膜中的一种，其所具有的高硬度、低摩擦系数、良好的化学稳定性、高热导率以及高弹性模量使其具有广阔的应用前景。

此外，纳米金刚石固体润滑膜还可应用于一些制药机械的轴承滚珠，目前这些轴承滚珠大多采用氮化硅（SiN）等陶瓷材料，这会使得成本偏高且耐磨性及弹性模量等性能有所欠缺。而如果直接采用价格相对较低的硬质合金球，虽然在一定程度上降低了生产成本，但是硬质合金球的组成成分中含有钨W、钴Co等重金属元素，若发生磨损这些重金属元素会渗入污染药品，危害了服用者的健康。因此，纳米金刚石固体薄膜的沉积一方面提升了轴承球的硬度、耐磨性能以及使用寿命，另一方面纳米金刚石膜层磨损后渗入的小部分碳粉对人体危害极小，几乎可忽略不计。

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