金刚石颗粒表面镀覆碳化钛包覆层的研究

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金刚石颗粒表面镀覆碳化钛是金刚石表面金属化的一种重要手段,通过这种方法可以使具有很强化学惰性的金刚石与许多材料实现润湿、结合。目前,已有大量学者对金刚石表面金属化方法方面进行研究,如采用传统的物理、化学气相沉积、真空微蒸发镀等,但关于镀覆碳化钛包覆层方面的研究则少之又少。本文首先采用真空蒸发镀钛再真空热处理的方法对金刚石颗粒表面进行镀覆碳化钛处理,研究在镀钛和热处理过程中金刚石和钛包覆层之间的界面反应及生成碳化钛的过程;然后采用双阴极等离子溅射炉,在纯氩气氛围下对金刚石颗粒表面进行镀覆碳化钛,检测碳化钛包覆层对金刚石颗粒的力学性能、热稳定性能以及和粘结剂之间结合力的影响;最后将双阴极等离子溅射镀覆碳化钛的金刚石颗粒制作成金刚石锯片进行试切,并和普通金刚石锯片进行对比,研究金刚石颗粒表面镀覆碳化钛包覆层对金刚石工具使用性能和使用寿命的影响。通过热失重法分析真空蒸发镀钛后的金刚石颗粒和钛包覆层之间的界面反应温度,结果表明镀钛后的金刚石颗粒在880℃纯氮气氛围下和钛镀层发生界面反应生成的TiC。然后在840℃、880。C和920℃温度下对真空蒸发镀钛金刚石颗粒进行热处理0.5h和1h,采用XRD和SEM等分析方法研究热处理后金刚石颗粒表面物相、成分和表面形貌,结果表明金刚石颗粒和钛包覆层经过880℃的热处理后发生界面反应,在反应过程中钛镀层和轻微碳化的金刚石相互渗透,反应产物首先以点状形式析出,随着时间的延长,逐渐长大成雪花状并以树枝状沿界而生长。采用双阴极等离子溅射镀覆TiC方法可使金刚石颗粒和钛直接发生界面反应生成TiC并沉积于金刚石颗粒表面,经过镀覆TiC后,采用单颗粒金刚石静压强度测定仪和冲击强度测定仪对金刚石颗粒进行力学性能测试,结果表明在镀层的保护下,金刚石的单颗粒静压强度、冷冲击韧性和热稳定性在不同程度上得到了提高。将双阴极等离子溅射镀覆碳化钛的金刚石颗粒和金属结合剂粉末以一定比例混合压制烧结成金刚石试样块和金刚石锯片,对金刚石试样块进行抗弯和抗冲击测试,并在相同条件下对未镀金刚石试样块进行对比,研究镀覆碳化钛包覆层对金刚石颗粒和结合剂之间结合力的影响,结果表明镀TiC金刚石能够和胎料中的金属材料相互浸润扩散,形成良好的结合,提高了胎体对金刚石的把持力,从而在很大程度上提高了试样的抗弯强度和抗冲击性。采用红外线自动桥式切割机对镀覆TiC金刚石锯片和未镀金刚石锯片进行试切,然后采用全自动金刚石显微影像检测仪分析金刚石锯片刀头受力截面上金刚石颗粒的各种状态以及测量金刚石颗粒的出刃高度和脱落坑深度,最后采用三维显微镜观察金刚石锯片中金刚石颗粒的形貌,结果表明经过镀TiC后金刚石锯片切割速率、锋利度和耐磨性都相对提高,金刚石颗粒在金刚石刀头上的出刃高度和脱落坑深度得到明显提高,金刚石颗粒的脱落率由40.27%降到13.78%,使完好金刚石和小块破碎金刚石更有效的发挥其作用,从而相应提高了金刚石工具的使用质量和使用寿命。
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