第22：糝第期1ssn100103x.2000.9先033京科技大学学报 Vol.22 No.1 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 硬质合金工具金刚石涂层渗硼预处理 王四根) 盖世英) 蒋政) 唐伟忠》 吕反修) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)航空遥感中心，北京100083 摘要采用固体粉末渗硼工艺，研究了YG,硬质合金刀片表面渗硼预处理对金刚石涂层附 着力的影响，研究结果表明：YG,硬质合金刀片通过粉末固体渗硼，表面生成具有较好高温稳 定性的、以CB为主的海层，克服了金刚石沉积中基底表面钴的不利影响，使得经渗硼处理的 YG。刀片试样金刚石涂层附着力优于酸浸预处理试样. 关键词金刚石薄膜：硬质合金：固体渗硼：附着力 分类号TQ164 金刚石薄膜涂层工具附着力是制约其应用 微镜观察分析试样组织，能谱仪与波谱仪分析 的关键.由于硬质合金与金刚石2种材料间不 试样成分，X射线衍射仪分析渗层相，压痕法评 同程度的晶格失配和热膨胀系数的差异所造成 价附着力， 的内应力降低了附着力，而且作为粘结相钴在 金刚石沉积过程中易引起碳的扩散与溶解，严 2实验结果 重抑制金刚石形核及促进石墨生长，使金刚石 2.1渗硼组织与相分析 涂层附着力大大弱化)，为此人们尝试了许多 图1是YG,硬质合金刀片试样经1000℃ 预处理方法2，以便克服基底粘结相钴的影响， ×4h渗硼处理后渗层横断面形貌.由图可见，渗 改善金刚石薄膜涂层，均取得了一定的效果.通 层表面组织呈等轴晶，渗层横断面组织呈柱状 过施加与表面钴反应形成化合物扩散层的方法 晶.这是由于渗硼之初在试样的最外层形成的 不仅可克服钴的影响，而且由于扩散层与基底 一层无择优取向的等轴晶后，钴与硼在垂直朝 存在化合键关系，扩散层与基底附着力可得到 着表面方向扩散阻力最小，因此该方向的扩散 有效保证.Kalss等尝试过在金刚石沉积中通 速度最快：随着硼化物层的增厚，扩散逐渐成为 入B(CH)气体形成Co的化合物的方法，但该 控制整个过程的因素，使得与试样表面垂直的 方法往往在形成Co的化合物同时，扩散出来的 晶粒生长速度最快，从而形成横断面柱状晶形 C0又使沉积的金刚石晶界石墨化而使金刚石 貌. 涂层附着力与耐磨性降低，因而效果并不理想， 采用能谱仪对沿横断面钴的分布进行C。- 本文拟探讨YG。硬质合金刀片固体粉末渗 KX射线线扫描（如图1箭头所指)，渗层钴峰 硼预处理，通过渗硼在刀片表面形成一扩散层， 特别高，而渗层以外的基体钴峰陡然降了下来， 而后再进行金刚石涂层，以彻底消除钴的影响， 表明渗层是钴的化合物. 达到提高附着力的目的. 采用波谱仪对渗层组织不同晶粒硼的成分 1实验方法 进行了分析，结果是不同晶粒的硼的成分（质量 分数)存在差异，分别为15.6%，8.47%，15.39%， 选用株洲硬质合金厂生产的YG6铣刀片用 15.6%,15.51%,说明渗层组织中存在着不同的 作基底材料，渗硼采用固体粉末渗硼法，渗硼试 硼化物. 验在高温箱式电阻炉中进行.采用扫描电子显 对渗层表面进行了X射线衍射分析，如图 2.通过标定，表面相主要是CoB,还有CoB,没 1999-03-25收稿王四根男，33岁，副教授，博士 有单质钴，说明它们是由硼和钴化合生成的.对 *国家863高科技资助项目No.715-Z38-3) 比波谱仪硼成分分析结果，说明硼质量分数分第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 硬 质 合 金 工 具 金 刚 石 涂 层 渗硼 预 处理 王 四 根 ‘， 盖 世英 ， 蒋 政 ‘， 唐伟 忠 ” 吕反修 ” 北京 科技 大学 材料 科学 与 工 程学 院 ， 北 京 航 空遥感 中心 ， 北 京 摘 要 采用 固体粉 末 渗硼 工 艺 ， 研 究 了 硬质 合金 刀 片表 面 渗硼 预处 理对金 刚 石 涂层 附 着力 的影 响 研究 结 果 表 明 硬质 合 金刀 片 通过 粉末 固体渗硼 ， 表面 生 成具 有较好 高温稳 定性 的 、 以 为 主 的渗层 ， 克服 了金 刚 石沉积 中基底 表面钻 的不 利 影 响 ， 使得经渗硼 处 理 的 。 刀 片试样金 刚石 涂层 附着 力优 于 酸浸预 处 理试样 关键词 金 刚石 薄膜 硬质 合 金 固体 渗硼 附着力 分 类号 金 刚石 薄膜 涂层 工 具 附着力 是 制约 其应 用 的关 键 由于 硬质 合 金 与 金 刚 石 种 材料 间不 同程度 的晶格 失配和 热 膨胀系 数 的差 异 所造成 的 内应 力 降低 了 附着 力 ， 而 且 作 为粘 结 相 钻在 金 刚 石 沉积 过程 中 易 引起碳 的扩 散 与溶解 ， 严 重抑 制金 刚 石 形 核及促进 石 墨 生 长 ， 使金 刚石 涂层 附着 力 大 大弱 化 『 为 此 人 们 尝 试 了许 多 预处理方 法 〔咧 ， 以便 克服基底粘 结 相 钻 的影 响 ， 改善 金 刚 石 薄膜涂层 ， 均取得 了一 定 的效 果 通 过施 加 与表面钻 反 应形 成 化合物扩 散层 的方法 不 仅 可 克 服 钻 的影 响 ， 而 且 由于 扩 散层 与 基底 存 在化 合 键 关 系 ， 扩 散层 与基 底 附着 力可 得 到 有 效 保证 等 「，尝试过在 金 刚 石沉积 中通 入 。 气 体 形 成 的化 合物 的方 法 ， 但 该 方 法 往往在 形 成 。 的化合 物 同 时 ， 扩 散 出来 的 又使沉积 的 金 刚 石 晶 界 石 墨 化而 使金 刚 石 涂层 附着力 与耐磨性 降低 ， 因而效 果 并不 理想 本 文 拟探讨 硬质 合金刀 片 固体粉末 渗 硼 预处 理 ， 通过渗硼 在 刀 片表 面形 成一扩 散层 ， 而 后 再进行金 刚 石涂层 ， 以彻底 消 除钻 的影 响 ， 达 到 提 高附着 力 的 目的 微镜观 察分析试样 组 织 ， 能谱仪 与波谱仪 分 析 试样 成 分 ， 射 线 衍射仪分 析 渗层 相 ， 压 痕 法 评 价 附着 力 实验 方 法 选用 株 洲 硬质 合 金 厂 生 产 的 铣 刀 片用 作 基底 材料 ， 渗硼 采用 固体粉末渗 硼 法 ， 渗硼 试 验在 高温箱式 电阻 炉 中进 行 采 用 扫 描 电子 显 一 一 收 稿 王 四 根 男 ， 岁 ， 副 教授 ， 博 士 国家 高 科技资助 项 目 困 一 一 实验 结 果 渗硼 组织 与相 分 析 图 是 硬质 合 金 刀 片 试样经 ℃ 科 渗硼 处 理后 渗层横 断面形 貌 由图可 见 ， 渗 层 表面 组 织 呈 等轴 晶 ， 渗层 横 断 面组 织 呈 柱状 晶 这 是 由于 渗 硼 之 初 在 试 样 的 最 外 层 形 成 的 一 层 无择优取 向的等轴 晶 后 ， 钻 与硼 在垂 直朝 着表面 方 向扩 散 阻 力最 小 ， 因此 该方 向的扩 散 速度 最快 随着硼 化物层 的增 厚 ， 扩 散逐渐成 为 控 制 整 个过程 的 因素 ， 使得 与试样表 面 垂 直 的 晶粒 生 长速度最 快 ， 从 而 形 成 横 断面柱状 晶形 貌 采用 能谱仪 对沿 横 断面钻 的分布进 行 凡 射 线 线 扫 描 如 图 箭头 所 指 ， 渗层 钻 峰 特别 高 ， 而 渗层 以外 的基体 钻峰 陡然 降 了下 来 ， 表 明渗层 是 钻 的化 合物 采用 波 谱仪对渗层 组 织 不 同 晶粒硼 的成 分 进行 了分 析 ， 结果 是 不 同 晶粒 的硼 的成 分 质 量 分 数 存 在差 异 ， 分 别 为 ， ， ， ， 巧 ， 说 明渗层 组 织 中存 在着不 同 的 硼 化 物 对 渗层 表面进行 了 射线 衍射 分析 ， 如 图 通 过标 定 ， 表 面相 主 要 是 ， 还 有 ， 没 有 单质钻 ， 说 明它 们 是 由硼 和 钻 化合 生 成 的 对 比 波 谱 仪硼 成 分 分 析 结 果 ， 说 明硼 质量分数分 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．01．033