CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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钨过渡层热处理对微米晶金刚石涂层的影响

王海龙 丁晟 马莉 魏秋平

王海龙, 丁晟, 马莉, 魏秋平. 钨过渡层热处理对微米晶金刚石涂层的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0063
引用本文: 王海龙, 丁晟, 马莉, 魏秋平. 钨过渡层热处理对微米晶金刚石涂层的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0063
Effect of heat treated tungsten interlayer on microcrystalline diamond coatings[J]. Diamond & Abrasives Engineering. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0063
Citation: Effect of heat treated tungsten interlayer on microcrystalline diamond coatings[J]. Diamond & Abrasives Engineering. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0063

钨过渡层热处理对微米晶金刚石涂层的影响

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0063
基金项目: 国家“十四五”重点研究发展计划;广东省“十三五”重点研究开发项目;国家自然科学基金;湖南省高新技术产业科技创新引领计划;湖南省自然基金资助项目;粉末冶金国家重点实验室自主课题

Effect of heat treated tungsten interlayer on microcrystalline diamond coatings

  • 摘要: 【目的】微米晶金刚石涂层具有极高的硬度和优异的耐磨性能,但结合性能和摩擦性能不佳,导致其应用领域受限。本文选择金属钨作为过渡层材料,并通过热处理构建显微结构,用于改善硬质合金基微米晶金刚石涂层的摩擦学性能。【方法】采用蒸发法在硬质合金表面沉积钨过渡层,并在氩气、氢气混合的还原性气氛下对钨过渡层进行热处理。经不同温度(700/800/900/1000 ℃)热处理30 min后,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究不同热处理温度对钨过渡层成分、形貌结构的影响。采用热丝化学气相沉积法在无过渡层基体和热处理后的钨过渡层上方沉积微米晶金刚石涂层,基体温度控制在800±50 ℃,生长周期为6小时。使用SEM、X射线衍射仪和激光拉曼光谱仪分析金刚石涂层形貌、质量。在往复式摩擦磨损测试仪下,使用Si3N4陶瓷球与金刚石涂层进行往复摩擦120 min,以评估各涂层样品摩擦性能的影响。【结果】结果表明:蒸镀的钨过渡层呈现非晶结构,钨过渡层热处理后的结晶度大幅增加,过渡层表面产生裂纹,形成不同尺寸的“孤岛-沟壑”结构。700~800 ℃热处理后的钨过渡层结晶度不高,表面的“孤岛”较大而“沟壑”较窄,900 ℃热处理的钨过渡层结构尺寸适中。1000 ℃热处理后的钨过渡层结晶度最高,“孤岛”的尺寸最小。SEM表面形貌、X射线衍射图谱和拉曼光谱显示,无钨过渡层的基体表面生长的金刚石平均晶粒尺寸最大且晶粒大小分布不均。热处理钨过渡层上生长的金刚石涂层的结晶度和含量更高。金刚石的晶粒尺寸随热处理温度的提高,呈现先减小后增加的趋势,但均小于无过渡层样品。摩擦磨损结果表明,700℃热处理的钨过渡层上生长的金刚石涂层发生脱落。800~1000 ℃热处理钨过渡层上的金刚石涂层在保证良好结合性能的同时,摩擦性能有不同程度的提高。其中900℃热处理后钨过渡层上生长的金刚石涂层磨痕最光滑,平均摩擦系数低至0.062,对应的摩擦副的磨痕直径和磨损率最小。【结论】热处理后的钨过渡层及其“孤岛沟壑结构”会明显改善金刚石的生长和结晶状态,导致晶粒细化并提升摩擦性能。900 ℃热处理30 min的钨过渡层表面“孤岛-沟壑”结构尺寸适中,均匀性最好。其上生长的金刚石涂层平均晶粒尺寸约为1.97 μm,平均摩擦系数最低,对应的摩擦副磨损率仅为无过渡层样品的19.2%。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-01
  • 修回日期:  2024-05-23
  • 录用日期:  2024-06-25
  • 网络出版日期:  2024-06-25

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