基于微/纳金刚石过渡层的cBN涂层刀具制备基础研究

摘要

立方氮化硼（CubicBoronNitride，简称cBN）是仅次于金刚石的超硬材料，其不与黑色金属发生化学反应的特性使其可以弥补金刚石涂层刀具在黑色金属加工方面的不足，但是目前cBN作为刀具涂层的工艺还不成熟，因此开展cBN刀具涂层的研究具有重要的理论意义和应用价值。为探索cBN刀具涂层的制备工艺，开展基于微/纳米金刚石过渡层的cBN刀具涂层制备的基础工艺研究。所完成的主要研究工作和取得的成果如下：
　　1．研究四种cBN的生长模型及其理论缺陷，分析射频磁控溅射法沉积cBN的原理，并对常用溅射设备进行改进，添加加热设备和偏压片，使其满足cBN沉积的设备条件。
　　2．使用热丝化学气相沉积设备，采用初步优化的工艺参数进行在硬质合金基体表面沉积微/纳米金刚石过渡层，发现该过渡层表面晶粒尺寸在20-50nm之间，平均粗糙度Ra为22.6nm，具有光滑的表面并且结合性能优于纳米金刚石涂层。
　　3．通过软件模拟cBN生长过程中Ar＋、N＋轰击衬底角度与轰击能量对cBN涂层质量的影响，模拟结果表明：衬底偏压片应与直流电场保持垂直，偏压值的设置不能过大，并且N＋、Ar＋的离子比随轰击离子能量的增大要相应增加。
　　4．采用改进的射频磁控溅射设备在微/纳米金刚石过渡层上沉积cBN涂层，并通过实验分析得出较好的实验参数为负偏压值为-150V、沉积气压为0.6Pa、N2：Ar流量比为1：9；通过cBN涂层的性能检测发现基于微/纳米金刚石过渡层的cBN刀具涂层具有较好的结合性能。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 cBN的结构与性质

1.3 cBN涂层的制备方法及表征

1.4 cBN涂层的国内外研究现状及存在的问题

1.5 本文的研究内容

第二章 cBN涂层的沉积原理及实验设备改进

2.1 引言

2.2 cBN的生长模型

2.3 射频磁控溅射设备改进

2.4 本章小结

第三章 微/纳米金刚石过渡层的制备

3.1 引言

3.2 微/纳米金刚石的实验方法

3.3 微/纳米金刚石过渡层的制备

3.4 微/纳米金刚石过渡层参数初步优化

3.5 金刚石过渡层的FTIR分析

3.6 本章小结

第四章 反应气氛中离子轰击的仿真研究

4.1 引言

4.2 模拟软件简介及相关理论

4.3 离子轰击角度对涂层的影响

4.4 离子轰击能量对涂层的影响

4.5 本章小结

第五章 基于微/纳米金刚石过渡层的cBN涂层沉积工艺研究

5.1 引言

5.2 沉积前预溅射工艺

5.3 沉积参数对cBN沉积影响的研究

5.4 溅射法沉积cBN的机理分析及涂层性能检测

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文