毕晓勤,王冰,陈金身,王琦

(河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450007)

1 概述

由于金刚石具有高硬度和高耐磨性,因此化学气相沉积金刚石技术出现以后,金刚石工具也得到迅速的发展,同时,对金刚石工具的研究也进一步深化。人们是在硬质合金工具和坚硬涂层已经得到完善的基础上,才开始研究在硬质合金上沉积金刚石技术的。目前用CVD法沉积的金刚石薄膜,其硬度已基本达到天然金刚石的硬度,同时还兼有低摩擦系数、低热膨胀系数、高耐磨性、高导热率、高化学稳定性等优点,对提高合金的扩散磨损和氧化磨损能力以及刀尖的粘着磨损能力起了关键作用。对于钨、钴类硬质合金,最适合生产金刚石涂层工具的基体材料是含Co的碳化物合金。WC-Co基体里面保持很高的断裂韧性,因此直接沉积到WC-Co表面上的金刚石能使这种工具具有很高的抵抗强度。但是,由于金刚石涂层在硬质合金刀具基体上的附着力较差,在切削力作用下很容易从基体上脱落,所以严重影响了金刚石涂层刀具的切削性能和使用寿命[1-2]。

对金刚石沉积在硬质合金基体上的研究表明,粘结相中的Co含量不利于化学气相沉积金刚石。根据Co-C系统相图,在适宜CVD沉积金刚石的温度(700℃～1000℃)下,碳在钴中的溶解度达到0.2～0.3 w t.%。在化学气相沉积的早期阶段,WC-Co暴露在高浓度的氢离子气氛中,Co作为催化剂是促使碳化物的形成、碳原子迅速地溶解在粘结相里面直到超过碳的溶解度的。……