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CVD金剛石涂層研究

     金剛石涂層是一個新興的高技術領域,十二五規劃中明確指出,開發復合材料系列刀具以及專用金剛石涂層整體硬質合金刀具為科技重大專項。目前,CVD金剛石涂層技術已日趨成熟,國外已經有多家以CVD金剛石涂層刀具技術進行研發和生產的公司,雖然CVD金剛石涂層刀具在國外已經被廣泛應用到了實際生產當中,但是我國還無法進行優質生產。CVD金剛石薄膜替代天然金剛石能夠降低生產成本,其許多優勢將會是未來我國發展的重點,也會是刀具行業突破的重心。

  1、BDM-UM-UNCD的研發

  結合不同的單層金剛石薄膜的不同特點開發多層復合金剛石薄膜是獲得高性能金剛石薄膜的有效途徑,在現有文獻中,兩層和多層未摻雜微米和未摻雜納米復合金剛石薄膜(UM-UNCD),以及基于UMCD和UNCD開發的超光滑復合金剛石薄膜已經得到了系統研究,證明了微米金剛石晶粒與基體之間具有較緊密的機械鎖合,而復合薄膜表層的UNCD薄膜或超光滑薄膜則表現出低的表面粗糙度。

  王新昶等在上述研究基礎上進行了BDM-UM-UNCD薄膜在鋁塑復合管(PAP)拉拔模具內孔表面的制備及應用研究,驗證了復合金剛石薄膜在油潤滑及水潤滑拉拔PAP過程中的應用效果,得到的結論是:

  (1)采用仿真優化后的沉積參數,在硬質合金PAP拉拔模具基體整個內孔表面沉積了厚度比較均勻的BDM-UM-UNCD薄膜,其中主要工作區域沉積的復合金剛石薄膜具有較高的表面質量和均勻的薄膜厚度,在次要區域沉積的薄膜厚度較小,表面質量有所下降,但不會影響模具使用。

  (2)采用側錐孔拋光機,內孔拋光機、超聲研磨拋光機和磨料流體拋光機相結合的系列化機械拋光工藝可高效地將BDM-UM-UNCD薄膜涂層拉拔模具內孔表面不同區域(入口區、壓縮區、定徑帶和出口區)的表面粗糙度Ra拋光至44.7nm、22.2nm、33.1nm和30.8nm,拋光效率明顯高于傳統的UMCD、BDMCD和BDM-UMCD薄膜涂層拉拔模具。

  (3)BDM-UM-UNCD薄膜涂層拉拔模具在油潤滑應用試驗條件下的使用壽命僅次于BDM-UMCD薄膜涂層拉拔模具。考慮到拋光效率,BDM-UM-UNCD薄膜涂層拉拔模具更具實用性;在油潤滑條件下,BDM-UM-UNCD薄膜涂層拉拔模具表現出明顯優于硬質合金及其它類型金剛石薄膜涂層拉拔模具的綜合應用效果。

  (4)BDM-UM-UNCD薄膜涂層PAP拉拔模具在水潤滑條件下同樣表現出極高的使用壽命和良好的應用效果,有助于推動水潤滑技術在拉拔生產中的應用,推進實現綠色生產。

  2、CVD納米金剛石涂層工具

  當前,切削工具、拉絲模、滑動軸承以及許多抗摩擦復合件的基體材料主要采用硬質合金。傳統的切削工具由于存在摩擦磨損嚴重而且壽命短等缺點,難以滿足高速高效切削的需要,因此,在硬質合金基體上沉積金剛石涂層就成為改善或解決這些問題的一種有效方法。金剛石涂層硬質合金工具非常適合于高效和高精度非鐵系金屬和合金、金屬復合物材料和硬脆非金屬材料(如陶瓷、石墨和增強型塑料)的加工,與非沉積涂層硬質合金相比,現實的應用表明金剛石涂層硬質合金大大提高了工具的使用壽命。同時由于薄膜金剛石涂層切削工具的低成本和高效能,使之在商業化應用中極具潛能。

  與聚晶金剛石(PCD)工具相比,CVD納米金剛石工具具有制備工藝簡單,而且可以做成各種復雜的幾何形狀的優點,但因金剛石薄膜與硬質合金基體間附著性較差的缺點限制了CVD納米金剛石涂層刀具的大規模化工業的應用。

  近幾年,隨著研究的深入開展,基體與薄膜附著力問題取得了很大進展,并且開發出表面平整、不需刃磨的納米金剛石涂層工具而使人們將注意力重新轉向納米金剛石涂層刀具的研究。以下是劉書軍等人重點對其發展趨勢和應用前景展望。

  CVD納米金剛石涂層工具既具有硬質合金的強韌性,又兼具了納米金剛石表面平整光滑、摩擦系數小和容易研磨拋光等優點,在切削加工領域的需求日益廣泛。但是從發展水平來看,目前國內外納米金剛石涂層的研究還處于基礎性研究階段,還有不少關鍵問題亟待解決,如納米金剛石涂層沉積效率較低,涂層附著力較低,薄膜質量有侍進一步提高等。納米金剛石涂層的應用研究剛剛起步,尚未形成成熟產品,距產業化還有很大距離。不過隨著新型的納米金剛石復合涂層技術的開發,不僅能大幅度提高模具和工具的使用壽命,有效降低成本和提高生產效率,而且能從根本上改進加工質量,提升產品檔次,具有廣闊的應用前景。

  由于CVD納米金剛石涂層通過二次形核增強了刀具表面的平整性,使得在實際生產中的應用前景非常廣闊。雖然存在CVD納米金剛石涂層工藝不穩定、不成熟的缺點,但是隨著科研工作者的繼續努力,相信不久的將來,CVD納米金剛石涂層不論在技術、設備還是工藝上都會得到很大進展。隨著能源經濟節約意識的加強和綠色經濟的推廣,CVD納米金剛石涂層的應用前景將是十分廣闊的。

  3、無油縫紉機零配件金剛石涂層技術

  無油化技術成為縫紉機技術發展的一個重要方向。近幾年,國內一些有實力的縫紉機生產企業也加入了無油縫紉機的生產行列。而國外品牌的無油縫紉機均采用縫紉機零部件表面進行納米自潤滑涂層來實現無油化。國內有部分廠商采用外發至日本加工涂層,但是成本高,交貨期得不到保證。

  目前,國內有些企業經過多年研制,在普通類金剛石(DLC涂層,也就縫紉機行業所說的黑金剛石涂層)的涂層基礎上經過不斷的工藝創新,研制出了適合于縫紉機行業的各類專用類金剛石涂層,因其適中的價格,優良的性能,目前已被國內幾大縫紉機廠所采用。

  DLC(類金剛石)涂層特點:

  具有很高的硬度(HV2500),優良的耐磨性,摩擦系數極低(低至0.06),膜層4μm厚,與基體結合力很強,具有優異的耐蝕性,能耐各種酸、堿等腐蝕遠對金屬、塑料、橡膠、陶瓷等均有良好的抗粘結和防咬合性能,表面粗糙度低(可達鏡面級),可在各種鋼鐵、鈦合金、鋁合金、硬質合金等材料上沉積。

點擊次數:1940次 發布時間:2018/11/2 【打印此頁】【關閉
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