工具上的金刚石涂层主要是通过一种称为化学气相沉积(CVD)的工艺完成的。该工艺是在工具(通常由碳化钨制成)表面沉积一层金刚石,以提高其硬度和耐磨性。
金刚石涂层工具的准备:
在涂层工艺之前,碳化钨工具要经过彻底清洁和两步化学制备。第一步是粗化硬质合金表面,以提高金刚石层的机械附着力。这一点至关重要,因为它能确保金刚石涂层很好地附着在工具表面,防止在使用过程中剥落。第二步是去除硬质合金表面的钴,因为钴不利于金刚石的生长。这一步至关重要,因为钴通常用作碳化钨的粘合剂,会在 CVD 过程中抑制金刚石的形成。金刚石涂层工艺:
实际的金刚石涂层是通过各种 CVD 方法实现的,包括微波等离子体 CVD(MPCVD)、直流电弧等离子体喷雾 CVD(DAPCVD)和热丝 CVD(HFCVD)。其中,HFCVD 因其相对低廉的成本和实现大面积均匀沉积的能力,在工业环境中尤其受到青睐。在 HFCVD 工艺中,低压气相反应在高温下进行。作为碳源的甲烷(CH4)在高温灯丝的作用下与氢发生反应,生成金刚石薄膜前驱体。然后,这些前驱体沉积到制备好的工具表面,形成致密均匀的金刚石层。
金刚石涂层工具的特点和优势:
金刚石涂层工具的典型涂层厚度为 10-30 微米,与无涂层工具相比具有显著优势。它们具有很强的耐磨性,并能保持锋利,是切割石墨和高硅铝合金等难加工材料的理想工具。这些工具的生产周期相对较短,制备成本适中,特别是与提高工具寿命和性能的好处相比。
应用和局限性: