CVD涂层技术对硬质合金材料形成脱碳层_相层_影响分析(精)

CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展发布时间：2021-05-31T13:48:15.743Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：王冲[导读] 摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。

河冶住商工模具有限公司河北石家庄 050000摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD 金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。

本文对CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用中存在的问题及相应的解决方式进行总结，希望通过对刀具的合理使用来提高CVD金刚石涂层硬质合金刀具的使用范围和使用能力。

关键词：刀具应用；技术应用创新；刀具粗糙程度随着近年来工业应用发展对金属合金材料的刀具的质量要求越来越高，使用硬质合金材料进行刀具建设工作能够有效提高刀具使用效率。

金刚石材料具有硬度高、传导热量的速度快、产生的摩擦性较低，且耐热性能好的特点，能够更好的适应现代工业刀具使用的各项要求。

CVD金刚石是一种化学气相沉积所形成的材料，使用CVD金刚石进行刀具表层的建设能够更好的增强刀具的硬度，改变刀具建设的复杂程序，通过将CVD与各种复杂形状的刀具进行组合，有效的简化刀具制作步骤，降低建设成本。

一、CVD金刚石涂层硬质合金刀具的应用分析CVD金刚石涂层硬质合金刀具利用化学气相沉积的原理，将刀具表层与CVD金刚石进行融合，通过将CVD气相沉积于刀具表面的方式增强刀具的硬度和切割精确度，提高合金刀具原有的使用性能。

CVD金刚石的合金与刀具之间粘合能力较差，不利于硬质合金刀具的顺利制作。

CVD制备碳涂层简介CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）是一种常用的制备碳涂层的方法。

通过在适当的反应条件下，将气相中的碳源分子在基底表面上沉积形成碳膜。

CVD制备碳涂层具有制备工艺简单、成本低廉、薄膜质量优良等优点，广泛应用于材料科学、电子工程、光学器件等领域。

CVD制备碳涂层的原理CVD制备碳涂层的基本原理是在适当的反应条件下，将气相中的碳源分子转化为活性的碳物种，并在基底表面上沉积形成碳膜。

CVD制备碳涂层的过程主要包括以下几个步骤：1.基底预处理：将待涂层的基底进行表面清洁和活化处理，以提高涂层的附着力和致密性。

2.反应气体供给：将含有碳源分子的气体输送至反应室，常用的碳源有甲烷、乙烯、丙烯等。

3.反应气体激活：通过加热或等离子体激活反应气体，使其分解或离解成活性碳物种，如CH3、C2H、C3H等。

4.活性碳物种扩散：活性碳物种在反应气体中扩散至基底表面，并吸附在基底表面上。

5.碳物种重组：吸附在基底表面上的活性碳物种在表面进行重组，形成碳涂层。

6.膜层生长：碳物种不断地在基底表面上沉积，形成连续的碳涂层。

CVD制备碳涂层的影响因素CVD制备碳涂层的质量和性能受到多种因素的影响，下面介绍几个重要的影响因素：1.反应温度：反应温度是影响碳涂层生长速率和质量的重要因素。

较高的反应温度可以促进碳物种的活化和扩散，但过高的温度可能导致碳涂层的结构疏松和缺陷增加。

2.反应气体浓度：反应气体中碳源分子的浓度对碳涂层的生长速率和质量有重要影响。

合适的碳源浓度可以提高碳涂层的致密性和纯度。

3.反应气体流速：反应气体的流速对碳涂层的均匀性和致密性有影响。

过高的流速可能导致碳物种无法充分扩散到基底表面，从而影响涂层的质量。

4.基底表面性质：基底表面的粗糙度、化学成分和晶体结构等对碳涂层的生长和附着力有重要影响。

较光滑的表面和适当的表面处理可以提高涂层的质量和附着力。

CVD制备碳涂层的应用CVD制备的碳涂层在多个领域具有广泛的应用，下面介绍几个常见的应用：1.光学涂层：CVD制备的碳涂层具有较高的折射率和较低的散射率，可用于制备光学薄膜、反射镜、滤光片等光学器件。

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。

TiN/TiCN/(Al2O3)/TiN CVD多层涂层硬质合金的性能研究摘要：采用高温化学气相沉积（HT-CVD）和中温化学气相沉积（MT-CVD）相结合的复合化学气相沉积新工艺在硬质合金基体WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co 上分别沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层，制备了两种CVD多层涂层硬质合金。

通过氧化实验、显微硬度和切削实验等手段研究了TiN/TiCN/TiN 和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能。

结果表明，涂层后硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能明显提高，Al2O3的加入进一步提高了CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能、硬度和切削性能；通过提高涂层硬质合金的抗氧化性能和硬度能提高涂层硬质合金的切削性能。

关键词：TiN/TiCN/TiN；TiN/TiCN/Al2O3/TiN；抗氧化性能；显微硬度；切削性能Abstract: the high temperature chemical vapor deposition (HT-CVD) and temperature chemical vapor deposition (MT-CVD) combination of complex chemical vapor deposition new technology in the hard alloy substrate WC-(W, Ti) C-(Ta, Nb) C-6% Co separately on TiN deposits/TiCN/TiN and TiN/TiCN/Al2O3 / TiN coating, the preparation of the two CVD multi-layer coatings hard alloy. Through the oxidation experiment, microhardness and cutting experiment and the means to study TiN/TiCN/TiN and TiN/TiCN/Al2O3 / TiN CVD multi-layer coatings hard alloy antioxidant properties, hardness and cutting performance. The results show that after coating hard alloy antioxidant properties, hardness and cutting performance improved obviously, Al2O3 to join to enhance the CVD multi-layer coatings hard alloy antioxidant properties, hardness and cutting performance; By improving the coating hard alloy antioxidant properties and can improve the coating hardness cemented carbide cutting performance.Keywords: TiN/TiCN/TiN; TiN/TiCN/Al2O3 / TiN; Oxidation resistance; Micro hardness. Cutting performance1采用HT-CVD和MT-CVD相结合的复合化学气相沉积新工艺分别在WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co硬质合金基体上沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层，制备了两种CVD多层涂层硬质合金，研究两种CVD 涂层硬质合金的高温抗氧化性能、硬度和切削性能，并试图探索三种性能之间的关系，以通过改善涂层硬质合金的一般性能来进一步提高涂层硬质合金的切削性能，为涂层硬质合金的研究提供参考。

PVD涂层技术PVD涂层技术简介PVD即物理气相沉积，是当前国际上广泛应用的先进的表面处理技术。

其工作原理就是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时把蒸发物或其反应物沉积在基底上。

它具有沉积速度快和表面清洁的特点，特别具有膜层附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等优点。

PVD涂层性能特点镀膜的属性·金属外观·颜色均匀一致·耐久的表面，在各种基本的空气和直射阳光环境条件下永久保持良好外观。

·颜色深韵、光亮·经济，可减少清洗和擦亮电镀黄铜或金色所必须的时间和成本。

·对环境无害，避免化学中毒和VOC的散发。

·具生物兼容性镀膜特性·卓越的附着力-可以折弯90度以上不发生裂化或者剥落(PVD镀膜持有很高附着力和耐久力)。

其它的技术，包括电镀，喷涂都不能与其相比。

·可以蚀刻出任何能够想象出的设计图案。

·可以使用在内装修或者室外·抗氧化，抗腐蚀。

PVD膜层抵抗力·耐腐蚀，化学性能稳定。

·抗酸·在常规环境下，户内或者户外，都抗氧化，不褪色，不失去光泽并不留下痕迹。

·正常的使用情况下不会破损。

·不褪色。

·容易清除油漆和笔迹。

·在强烈的阳光，咸的湿地和城市环境下，都不失去光泽，不氧化，不褪色，不脱落和爆裂。

膜层颜色种类繁多，表面细腻光滑，富有金属光泽，永不褪色。

在烈日、潮湿等恶劣环境中不变色、不脱落，性能稳定。

高度耐磨损，耐刮擦，不易划伤。

可镀材料广泛，与基体结合力强。

高真空离子镀膜技术——对人体和生态环境真正无害。

经济性：节约(减少)了一般镀铜(金)产品所需清洁磨光的时间和花费，使用一块软布和玻璃清洁剂即可清洁干净PVD膜层。

PVD装饰涂层颜色系列PVD可以在不锈钢、铜、锌铝合金等金属上镀制金色、黄铜色、玫瑰金色、银白色、黑色、烟灰色、紫铜色、褐色、紫色、蓝色、酒红色、古铜色等颜色，并能根据您的要求提供所需的颜色及质量。

硬质合金刀具的CVD(化学气相沉积)技术真空涂层技术1. 摘要2. 真空涂层技术的发展真空涂层技术起步时间不长，国际上在上世纪六十年代才出现将CVD(化学气相沉积)技术应用于硬质合金刀具上。

由于该技术需在高温下进行(工艺温度高于1000ºC)，涂层种类单一，局限性很大，因此，其发展初期未免差强人意。

到了上世纪七十年代末，开始出现 PVD(物理气相沉积) 技术，为真空涂层开创了一个充满灿烂前景的新天地，之后在短短的二、三十年间PVD 涂层技术得到迅猛发展，究其原因，是因为其在真空密封的腔体内成膜，几乎无任何环境污染问题，有利于环保；因为其能得到光亮、华贵的表面，在颜色上，成熟的有七彩色、银色、透明色、金黄色、黑色、以及由金黄色到黑色之间的任何一种颜色，可谓五彩缤纷，能够满足装饰性的各种需要；又由于 PVD 技术，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工装、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外， PVD 涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，因此，应用范围十分广阔，其发展神速也就不足为奇。

真空涂层技术发展到了今天还出现了PCVD(物理化学气相沉积)、MT-CVD(中温化学气相沉积)等新技术，各种涂层设备、各种涂层工艺层出不穷，如今在这一领域中，已呈现出百花齐放，百家争鸣的喜人景象。

与此同时，我们还应该清醒地看到，真空涂层技术的发展又是严重不平衡的。

由于刀具、模具的工作环境极其恶劣，对薄膜附着力的要求，远高于装饰涂层。

因而，尽管装饰涂层的厂家已遍布各地，但能够生产工模涂层的厂家并不多。

再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺，到目前为止，国内大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等)，而且，它还要求工艺技术人员，除了精通涂层的专业知识以外，还应具有扎实的金属材料与热处理知识、工模涂层前表面预处理知识、刀具、模具涂层的合理选择以及上机使用的技术要求等，如果任一环节出现问题，都会给使用者产生使用效果不理想这样的结论。

PVD和CVD涂层方法涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。

前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5µm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10µm，并且设备简单，涂层均匀。

因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。

硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。

近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。

国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。

即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。

据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。

用CVD法涂层时，切削刃需预先进行钝化处理(钝圆半径一般为0.02~0.08mm，切削刃强度随钝圆半径增大而提高)，故刃口没有未涂层刀片锋利。

所以，对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。

涂层除可涂覆在普通切削刀片上外，还可涂覆到整体刀具上，目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。

据报道，国外某公司在焊接式的硬质合金钻头上采用了PCVD法，结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍，效率提高5倍。

涂层成份又有哪些呢？各自的区别在哪里，应用面怎样。

通常使用的涂层有：TiC、TiN、Ti（C.N）、Gr7O3、Al2O3等。

以上几种CVD的硬质涂层基本具备低的滑动摩擦系数，高的抗磨能力，高的抗接触疲劳能力，高的表面强度，保证表面具有足够的尺寸稳定性与基体之间有高的粘附强度。

PVD与CVD涂层工艺比较PVD与CVD涂层工艺比较沉积温度涂层厚度涂层表面状态主要涂层材料涂层结合强度对环境影响主要应用领域物理气相沉积500℃或更低，沉积温度低刀具变型不，基体的硬度强度不降低。

cvd涂层技术指标CVD涂层技术指标CVD涂层技术是一种通过化学气相沉积方法在材料表面形成均匀、致密的涂层的技术。

CVD涂层技术具有很高的应用价值，可以提升材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、导热性等性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子、能源等领域。

本文将介绍CVD涂层技术的几个重要指标。

1. 涂层均匀性：CVD涂层技术的一个重要指标是涂层的均匀性。

均匀的涂层可以提供一致的性能，避免由于局部涂层厚度差异引起的应力集中和性能不均匀问题。

因此，在CVD涂层过程中需要控制气体流动、反应温度和反应时间等参数，以确保涂层在整个表面上均匀分布。

2. 涂层厚度：涂层厚度是另一个重要的指标。

涂层厚度决定了涂层的性能，如硬度、耐磨性和耐腐蚀性等。

过薄的涂层可能无法提供足够的保护，而过厚的涂层可能会增加材料的成本，并且可能导致应力积累。

因此，在CVD涂层过程中需要控制反应条件，以获得所需的涂层厚度。

3. 结合力：涂层与基材之间的结合力是衡量涂层质量的重要指标。

良好的结合力可以确保涂层在使用过程中不剥落或脱落。

CVD涂层技术通常通过在基材表面形成化学键或金属间化合物来实现良好的结合力。

此外，可以通过在涂层和基材之间添加中间层来提高结合力。

4. 密度：涂层的密度直接影响其性能。

高密度的涂层可以提供更好的耐腐蚀性和阻隔性能。

CVD涂层技术通常可以获得高密度的涂层，因为在反应过程中，原子或分子会在基材表面扩散并形成致密的结构。

5. 成分均匀性：CVD涂层技术可以实现不同成分的涂层，以提供不同的性能。

在CVD涂层过程中，可以通过调整反应气体的组成和浓度来控制涂层的成分。

成分均匀性是确保涂层性能均一的关键指标。

6. 涂层光洁度：涂层的光洁度是指涂层表面的平整程度和光学质量。

光洁度对于某些应用非常重要，如光学元件和显示屏。

CVD涂层技术通常可以获得光洁度较高的涂层，因为在反应过程中，涂层会自动填充表面缺陷和孔洞。

CVD涂层技术的指标包括涂层均匀性、涂层厚度、结合力、密度、成分均匀性和涂层光洁度等。

硬质合金脱碳相硬质合金是一种由金属钨和钴或镍等粘结相组成的复合材料，具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等特点，广泛应用于切削工具、矿山钻头、机械零件等领域。

然而，在使用过程中，硬质合金会出现脱碳现象，降低了其性能和寿命。

硬质合金的脱碳相指的是在高温环境下，合金中的金属钨与氧气发生反应，形成钨氧化物，从而使合金表面出现白色氧化层的现象。

脱碳相的形成主要是由于合金中的金属钨在高温下与氧气反应的结果，而钴或镍等粘结相则起到了固定钨的作用。

脱碳相的形成对硬质合金的性能有着一定的影响。

首先，脱碳相会降低硬质合金的硬度。

钨是硬质合金中的主要硬化元素，当钨与氧气发生反应后形成钨氧化物，会导致合金表面硬度下降，从而减少了硬质合金的切削性能和耐磨性。

其次，脱碳相还会降低硬质合金的耐腐蚀性。

钨氧化物在一些腐蚀性环境中容易被腐蚀，从而加速了硬质合金的损耗。

为了减少硬质合金的脱碳相，可以采取以下措施。

首先，控制合金的使用温度。

由于脱碳相主要是在高温下形成的，因此降低合金的使用温度可以有效减少脱碳相的生成。

其次，合理选择粘结相的成分。

钴和镍等粘结相在高温下能够稳定钨的存在，可以减少脱碳相的形成。

此外，合金的制备工艺也对脱碳相的生成有一定的影响，通过优化工艺参数，可以降低脱碳相的含量。

总结起来，硬质合金的脱碳相是由于合金中的金属钨与氧气反应形成钨氧化物的现象。

脱碳相的形成降低了硬质合金的硬度和耐腐蚀性。

为了减少脱碳相的生成，可以控制合金的使用温度，选择合适的粘结相成分以及优化制备工艺。

这样可以提高硬质合金的性能和使用寿命，进一步推动其在工业领域的应用。

cvd涂层工艺技术CVD (化学气相沉积) 涂层工艺技术是一种通过在材料表面使用化学反应沉积薄膜的技术。

CVD涂层工艺技术具有许多优点，如提高材料的硬度、耐腐蚀性和抗磨损能力。

本文将介绍CVD涂层工艺技术的基本原理和步骤，以及其应用领域。

CVD涂层工艺技术的基本原理是利用化学反应在材料表面形成固态产物。

这种技术涉及将涂层物质的预体，通常是气体或液体，通过化学反应转化为固态产物。

整个过程在高温和高压条件下进行。

CVD涂层可以在几微米到几百微米的范围内形成，具有很高的成膜速率和均匀性。

CVD涂层工艺技术的步骤包括基体的预处理、涂层物质的供应和反应、以及产物的固化和后处理。

首先，基体需要进行表面清洁和活化处理，以确保涂层的附着力和均匀性。

接下来，涂层物质被输送到基体表面。

这可以通过气体、液体或固体源来实现。

涂层物质和基体表面之间发生化学反应，形成固态产物。

这个过程需要在适当的温度和压力下进行，并可能需要辅助材料，如催化剂和反应助剂。

最后，产物被固化，并进行后处理，以调整涂层的性能和外观特性。

CVD涂层工艺技术有广泛的应用领域。

例如，它可以在刀具上形成陶瓷涂层，提高其硬度和耐磨损性能。

这使刀具更加耐用，减少了更换刀片的频率，并提高了切削效率。

此外，CVD涂层可以在电子元器件上形成保护层，提高其耐腐蚀性和可靠性。

在汽车行业中，CVD涂层可以在发动机部件上形成陶瓷涂层，以提高其耐高温和耐磨损性能。

此外，CVD涂层还可以用于太阳能电池、光学器件和生物医学材料等领域。

总之，CVD涂层工艺技术是一种通过化学反应在材料表面形成固态产物的技术。

它具有很高的成膜速率和均匀性，可以提高材料的硬度、耐腐蚀性和抗磨损能力。

CVD涂层工艺技术在刀具、电子元器件、汽车部件等领域有广泛的应用。

通过不断改进和创新，CVD涂层工艺技术将在未来的材料科学中扮演重要角色。

热丝CVD金刚石薄膜涂层工具的制备技术及应用研究胡东平;季锡林;刘伟;姜蜀宁;李力;何建军【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2002(000)006【摘要】本文通过电子增强热丝CVD方法在硬质合金基体上沉积金刚石薄膜,对硬质合金基体进行酸洗、表面研磨处理后用气相沉积方法沉积约1μm厚的金属W 膜层,在形核初期采用逐渐升高的偏流以去除表面形成的非晶C膜,并增加金刚石的形核密度和增强W的扩散作用,形成多种W-C化合物以增强金刚石薄膜与硬质合金基体的结合力,通过这种工艺制备了与基体结合力良好的金刚石薄膜.采用两种途径制备金刚石薄膜涂层工具,其一为在YG6硬质合金圆片上沉积约80μm的金刚石薄膜,经激光切割成6mm×6mm的合金片,用砂轮抛光,焊接在钢制刀柄上,经刃磨后制作成木工工具刀头;另一是直接在YG6硬质合金钻头这种复杂形状工具上沉积约10μm厚的金刚石薄膜制成金刚石工具.对两种工具分别进行使用性能测试,木工工具用于加工Al2O3复合木地板,测试结果表明金刚石薄膜涂层木工工具与硬质合金工具相比,使用性能有明显提高,寿命提高一倍以上,但由于刀刃后角处无金刚石层保护,使用中出现明显的后角磨损,未能达到理想效果;金刚石涂层钻头用于加工硬质合金时在使用初期有明显效果,但由于磨损很快,使用寿命低,经观察分析,主要是由于金刚石膜晶粒粗大造成表面光洁度不高,使用中刀刃处的金刚石薄膜涂层易于出现应力集中在单个晶粒上,造成金刚石晶界的断裂而使颗粒脱落,或裂纹扩展,金刚石薄膜出现非正常磨损.解决第一个问题的关键技术在于在硬质合金基体上沉积厚度大于300μm的金刚石薄膜,使后角磨损出现在金刚石膜层上,有望超过复合片的性能;第二个问题的关键技术在于制备超微细晶粒的金刚石薄膜并对目前的钻头结构进行改进,提高金刚石膜的表面光洁度和改变钻头的工作方式,避免非正常磨损的出现,有望在超硬材料的加工中得到应用.【总页数】4页(P13-16)【作者】胡东平;季锡林;刘伟;姜蜀宁;李力;何建军【作者单位】621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所;621900,四川绵阳,中国工程物理研究院结构力学研究所【正文语种】中文【中图分类】TG7【相关文献】1.热丝CVD法制备大面积金刚石薄膜基片的变形 [J], 陈峰武;周灵平;朱家俊;李德意;彭坤;李绍禄2.热丝化学气相沉积（HFCVD）制备金刚石薄膜涂层刀具 [J], 宋亚林;程敏;3.用热丝CVD技术制备场发射冷阴极金刚石薄膜(英文) [J], 张志勇;王雪文;赵武;戴琨;陈治明4.热丝CVD金刚石薄膜制备及碳纳米管形核作用的研究 [J], 侯亚奇;庄大明;张弓;吴敏生;刘家浚5.辅助偏压等离子体热丝CVD方法制备金刚石薄膜的研究 [J], 张志勇;王雪文;赵武;陈治明;周水仙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

硬质合金刀具的涂层技术[ 摘要]切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。

采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命,使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率。

主要介绍涂层硬质合金刀具涂层材料的特点、要求，涂层制备技术，分析化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD)，单、复合涂层制备方法及优缺点。

[关键字] 硬质合金涂层刀具;化学气相沉积法;物理气相沉积法;现状及发展引言现代化的金属切削加工要求刀具具有高切削速度、高进给速度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。

因此, 高水平、稳定的刀具涂层技术越来越受到机械加工企业的青睐。

涂层技术是提高切削效率, 降低加工成本的有效途径。

刀具基体与硬质薄膜表层相结合, 由于基体保持了良好的韧性和较高的强度, 硬质薄膜表层又具有高耐磨性和低摩擦因数, 从而使刀具的性能显著提高, 而且,随着涂层技术设备的日趋集成化、模块化和智能化, 涂层费用已比初期下降1/2~ 2/3, 涂层刀具在刀具总量中所占的比例将会越来越大。

表面涂层硬质合金在基体硬质合金上, 用（CVD）化学气相沉积,或（PVD）物理气相沉积等方法, 涂覆耐磨的TiC、TiN、Al2O3等薄层, 形成表面涂层硬质合金。

涂层硬质合金刀片均为可转位形式, 刚机夹方法装夹在刀杆或刀体上使用。

具有以下优点: 1) 表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性, 故与未涂层刀片相比, 涂层硬质合金可采用较高的切削速度, 或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。

2)涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小, 故切削力有一定减小, 比未涂层刀片约降低 5%左右。

润滑薄膜具有良好的固相润滑性能, 可有效地改善加工质量, 也适合于干式切削加工。

3)用涂层刀片加工, 已加工表面质量较好。

4) 涂层技术作为刀具制造的最终工序, 对刀具精度几乎没有影响, 并可进行重复涂层工艺。

5)由于综合性能好, 涂层刀片有较好的通用性。

抗崩刃性能优异的CVD涂层硬质合金刀具
邹有武
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】1992(26)8
【摘要】1.前言众所周知,在硬质合金上涂复TiC—TiCN—Al_2O_3等陶瓷,可显著提高其耐磨性,但抗弯强度及断续切削时的抗崩刃性能却有所降低。

进行CVD涂层后,硬质合金的抗弯强度通常会降低1.0GPa左右。

这是由于硬质合金和陶瓷的热膨胀系数不同,在CVD涂层处理(L100℃)后的冷却过程中,在薄膜上产生拉伸残余应力引起的。

已有报道指出,作为提高抗崩刃性能的措施,有下列一些方法:通过提高和薄膜的界面接近的基体材料含钴量来控制裂纹扩展;
【总页数】2页(P18-19)
【关键词】涂层刀具;硬质合金;化学气相沉积
【作者】邹有武
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TG71
【相关文献】
1.CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展 [J], 尹超;毛善文
2.怎样防止硬质合金刀具的崩刃和打刀 [J], 谭必莫
3.硬质合金刀具崩刃原因及解决方法研究 [J], 段明扬
4.硬质合金涂层刀具崩刃和钝化带涂层脱落原因分析 [J], 田霰
5.高精切削用CVD涂层硬质合金刀具的质量控制 [J], 胡希川;黄静
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cvd涂层技术指标CVD涂层技术指标CVD涂层技术（Chemical Vapor Deposition）是一种常用的表面涂层处理技术，通过在高温下将气相中的化学物质与基材表面反应生成固态涂层，以提高材料的性能和增强其功能。

以下将重点介绍CVD涂层技术的一些关键指标。

一、成膜速率（Deposition Rate）成膜速率是指单位时间内涂层在基材表面的生长厚度。

成膜速率的高低直接影响到涂层的制备效率和生产成本。

一般来说，较高的成膜速率能够更快地形成涂层，提高生产效率，但过快的成膜速率可能导致涂层质量下降。

因此，需要根据具体应用需求选择适当的成膜速率。

二、涂层厚度均匀性（Coating Uniformity）涂层厚度均匀性是指涂层在基材表面上的厚度分布情况。

均匀的涂层厚度能够确保涂层性能的一致性，提高产品的可靠性和稳定性。

不均匀的涂层厚度可能会导致涂层功能的失效或性能的不稳定。

三、涂层附着力（Coating Adhesion）涂层附着力是指涂层与基材之间的结合强度。

良好的涂层附着力能够确保涂层长期稳定地保持在基材表面，避免涂层脱落或剥离。

涂层附着力的好坏与涂层制备过程中的工艺参数、基材表面的处理以及涂层材料的选择有关。

四、涂层硬度（Coating Hardness）涂层硬度是指涂层材料的抗压强度。

高硬度的涂层能够有效地提高材料的耐磨性、抗划伤性和耐腐蚀性。

涂层硬度的选择需要综合考虑涂层材料的特性和应用环境的要求。

五、涂层致密性（Coating Density）涂层致密性是指涂层材料的密度和孔隙度。

致密的涂层能够阻止外界有害物质的渗透，提高涂层的防腐蚀性能和耐化学性。

因此，涂层致密性的高低直接影响到涂层的保护效果。

六、涂层光洁度（Coating Smoothness）涂层光洁度是指涂层表面的平整度和光滑度。

光洁的涂层能够减少表面摩擦和阻力，提高涂层的抗粘附性和自洁性。

涂层光洁度的要求根据具体应用场景的摩擦条件和涂层性能来决定。

WC基硬质合金CVD涂层的组织与性能高见;李建平;马文存;沈保罗;高升吉;易勇【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2002(012)002【摘要】利用X射线衍射研究了CP3型硬质合金涂覆5层(TiC -TiNC-TiC-TiCN-TiN)硬质层的组织, 用扫描电镜观察了涂层的断口形貌, 用划痕法测定了涂层与基体的结合力, 用三点弯曲方法测定了涂覆前后硬质合金的抗弯强度, 并用Weibull 统计方法对其进行了分析. 结果表明: 涂层组织由TiC, TiC0.2N0.8和TiN组成, 涂层中无发达的柱状晶 , 涂层与基体结合良好, 涂覆后硬质合金的抗弯强度有所下降, 但分散性却减小.【总页数】3页(P331-333)【作者】高见;李建平;马文存;沈保罗;高升吉;易勇【作者单位】成都工具研究所,涂层中心,成都,610051;成都工具研究所,涂层中心,成都,610051;成都工具研究所,涂层中心,成都,610051;四川大学,金属材料系,成都,610065;四川大学,金属材料系,成都,610065;四川大学,金属材料系,成都,610065【正文语种】中文【中图分类】TG174.444;TG142.45【相关文献】1.Ni3Al含量对WC基钢结硬质合金组织与性能的影响 [J], 陈飞;龙坚战;陈冲;李强;申梦龙;夏艳萍;冉丽萍2.WC粒度对WC-15Fe-5Ni硬质合金组织与性能的影响 [J], 朱斌;柏振海;高阳;罗兵辉3.宽带激光熔覆wCp/Ni基合金梯度涂层的组织与性能 [J], 朱维东;刘其斌4.激光重熔Ni基WC涂层的组织与性能研究 [J], 王敏;郭淑兰5.WC颗粒增强Ni基合金涂层的组织与性能 [J], 宫文彪;杜辉;孙大千因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

太原理工大学硕士研究生学位论文CVD金刚石涂层硬质合金刀具Ta x C过渡层的制备及其性能研究摘要化学气相沉积法（CVD）制备的金刚石涂层硬质合金刀具，因其同时兼备金刚石的高硬度和硬质合金的强韧性，在有色金属及其合金、碳纤维复合材料以及高硅铝合金等材料加工领域有着广阔的应用前景。

然而，在金刚石涂层刀具工业化应用过程中，存在两个发展局限：金刚石涂层与硬质合金基底间结合强度不足和金刚石涂层表面粗糙度较大。

金刚石涂层的结合强度不足主要由于硬质合金中粘结相Co会抑制金刚石形核、促进石墨相的产生所致，这使得金刚石涂层刀具不适用于高速、高进给等产生较大切削力的工作情况。

而金刚石涂层表面粗糙度较大影响了加工面的加工精度和表面光洁度。

鉴于此，本论文提出采用施加过渡层法来提高金刚石涂层的结合强度，而这其中的关键是提高过渡层与硬质合金间的结合强度。

双辉等离子体表面合金化技术（DGPSA）能够在基体表面制备出呈冶金结合的涂层，膜/基结合强度高。

因此，本论文采用DGPSA技术在硬质合金表面制备了Ta x C 过渡层，并采用微波等离子体化学气相沉积法在过渡层表面沉积了一层金刚石涂层。

之后，为降低金刚石涂层的表面粗糙度，在性能最优的Ta x C过渡层表面制备一层Mo促形核层，形成Ta x C/Mo双层过渡层，然后进行金刚石涂层的沉积。

采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能I太原理工大学硕士研究生学位论文谱仪、原子力显微镜、洛氏压痕实验等多种方法对Ta x C过渡层、Ta x C/Mo 双层过渡层及金刚石涂层进行了一系列组织和性能的表征分析。

论文研究了不同基体温度对所得Ta x C过渡层的影响，结果表明所制备的过渡层由Ta2C和TaC纳米晶粒组成，过渡层表面呈现出特殊的圆环或凹坑形貌，且过渡层的成膜机制符合薄膜区域结构模型。

基体温度对过渡层的组织性能有较大的影响，800℃时所制备的Ta x C过渡层组织最致密，显微硬度最高，耐磨性最好，与基体结合强度最大，综合性能最为优异，并且在其表面沉积的金刚石涂层与基体间结合强度较高，这说明Ta x C过渡层有效地抑制了基体中Co元素的向外扩散。

涂层基础刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术两大类。

CVDCVD法是利用金属卤化物的蒸气、氢气和其它化学成分,在950~1050℃的高温下,进行分解、热合等气、固反应,或利用化学传输作用,在加热基体表面形成固态沉积层的一种方法。

CVD法工艺要求高[7],而且由于氯的侵蚀及氢脆变形可能导致涂层易碎裂、基体断面强度下降,涂层硬质合金时还易产生脱碳现象而形成η相。

近年来,中、低温CVD法和PCVD法开发成功,改善了原有CVD工艺。

CVD:CVD工艺气相沉积所需金属源的制备相对容易,可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等单层及多元多层复合涂层的沉积，涂层与基体结合强度较高,薄膜厚度可达7~9μm。

先天不足：一是工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降；二是薄膜内部呈拉应力状态，易导致刀具使用时产生微裂纹；三是CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染，与目前大力提倡的绿色制造观念相抵触，因此自九十年代中期以来，高温CVD技术的发展和应用受到一定制约。

PCVD：低温化学气相沉积技术，工艺处理温度450~650℃，可抑制η相1的产生，可用于螺纹刀具、铣刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂层。

但在刀具涂层领域的应用并不广泛。

MT-CVD：中温化学气相沉积，以含C/N的有机物乙腈(CH3CN)作为主要反应气体、与TiCL4、H2、N2在700~900℃下产生分解、化学反应生成TiCN的新工艺。

可获得致密纤维状结晶形态的涂层,涂层厚度可达8~10μm。

HT-CVD：高温化学气相沉积。

目前，CVD(包括MT-CVD)技术主要用于硬质合金车削类刀具的表面涂层,涂层刀具适用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。

采用CVD技术还可实现α-Al2O3涂层,这是PVD技术目前难以实现的，因此在干式切削加工中，CVD 涂层技术仍占有极为重要的地位。

1基于Ni3Ti成分的一种金属间化合物相，为密排六方有序相。

硬质合金涂层工艺硬质合金涂层是指通过化学气相沉积(CVD)等方法，在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄层，形成表面涂层硬质合金。

优点：提高了加工效率；涂层刀片的切削力有一定降低；已加工表面质量较好；刀片有较宽的适用范围简介：这是现代硬质合金研制技术的重要进展。

1969年，西德克虏伯公司和瑞典山特维克公司研制的TiC涂层硬质合金刀片初次投入市场。

1970年后，美国、日本和其他国家也都开始生产这种刀片。

三十余年来，涂层技术有了很大的进展。

涂层硬质合金刀片由第一代、第二代已发展到第三代、第四代产品。

优点：硬质合金涂层的优点：涂层硬质合金刀片一般均制成可转位的式样。

用机夹方法装卡在刀杆或刀体上使用。

它具有以下优点：1)由于表层的涂层材料具有极高的硬度和耐磨性，故与未涂层硬质合金相比，涂层硬质合金允许采用较高的切削速度，从而提高了加工效率；或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐层硬质合金允许采用较高的切削速度，从而提高了加工效率；或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。

用度。

2)由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故与未涂层刀片相比，涂层刀片的切削力有一定降低。

3)涂层刀片加工时，已加工表面质量较好。

4)由于综合性能好，涂层刀片有较好的通用性。

一种涂层牌号的刀片有较宽的适用范围。

工艺：硬质合金涂层最常用的方法是高温化学气相沉积法(简称HTCVD法)，是在常压或负压的沉积系统中，将纯净的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等气体或蒸气，按沉积物的成分，将其中的有关气体，按一定配比均匀混合，依次涂到一定温度(一般为1000℃～1050℃)的硬质合金刀片表面，即在刀片表面沉积TiC、TiN、Ti(C，N)或Al2O3或它们的复合涂层。

反应方程式概括如下：TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2TiCl4+½N2+2H2TiN+4HClTiCl4+CH4+½N2+H2→Ti(CN)+4HCl+H22A1Cl3+3CO2+3H2→Al2O3+3CO+6HCl用PCVD(等离子体化学气相沉积)法在硬质合金刀片表面进行涂层也得到应用，因涂层工艺温度较低(700°～800°)，故刀片的抗弯强度降低的幅度较小，对铣刀片比较适宜。