金刚石是最硬的材料，具有超高的弹性模量(800~900 GPa)、高的热导率20 W/(cm·K)、较低的摩擦系数(0.05~0.1)和稳定的物理化学性能[1,2]，是制备涂层刀具最佳选择材料
用热丝化学气相沉积(HFCVD)方法可制备金刚石[3]，生长出的金刚石晶粒可达2~3 μm
热丝化学气相沉积的设备简单，价格便宜，可在形状复杂的工件上制备涂层[4,5]
金刚石涂层刀具耐磨、硬度高，可用于加工铝合金、钛合金、陶瓷等材料[6]，有广阔的应用前景
Johnston等用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法制备硼化物过渡层金刚石涂层刀具[7]，Uhlmann使用热丝化学气相沉积在形状复杂的刀具上制备不同厚度的金刚石薄膜并测试[8]，取得了较好的结果
太原理工大学使用碳化硅过渡层制备刀具[9]、上海交通大学研究多种涂层刀具的界面[10,11]，取得了一定的进展
本文使用硬质合金WC-Co8%作为基体材料，用热丝化学气相沉积法制备单层金刚石涂层、纳米晶粒金刚石和微米晶粒金刚石交替沉积的多层结构涂层，研究涂层结构对薄膜力学性能的影响并优化金刚石涂层的制备工艺
1 实验方法1.1 基体的预处理
使用直径6 mm的硬质合金WC-Co铣刀(8%Co)和WC-Co8%片作为金刚石沉积基体、WC-Co8%片作为参数摸索以及压痕实验样品、硬质合金铣刀作为切削实验样品
在沉积前对基体进行清洗和酸碱预处理：先分别在丙酮和酒精溶液中用超声清洗基体表面以除去有机和无机等杂质；然后用酸碱二步法对基体的表面进行预处理：使用Murakami试剂(K3[FeCN)]6:KOH:H2O=1:1:10)侵蚀WC颗粒15 min，暴露更多的钴；最后使用酸试剂(H4SO4:H2O2=1:5)刻蚀钴2 min
将预处理后的基体放到纳米金刚石悬浊液中超声植晶30 min，以提高金刚石成核密度
1.2 金刚石涂层沉积
1.2.1 在不同甲烷浓度条件下在WC-Co8%片表面沉积金刚石薄膜
用热丝CVD制备金刚石涂层，受基体温度、腔室压强和碳源浓度等因素的影响，金刚石涂层沉积的温度需要控制在一定范围
基底温度为800℃~950℃可生长出高质量的金刚石涂层
在低温下金刚石涂层的生长较慢，而在高温(1000℃左右)下金刚石有向石墨转变的趋势[12,13]，因此，本文的实验温度为850±30oC，压强为5
声明：
“加工7075航空铝合金用金刚石涂层刀具的制备及其切削性能” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：王宜豹,黄楠,刘鲁生,袁子尧,李鹏,张文雪,姜辛
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2025年05月23日 ~ 25日 
