刀具基體表面粗糙度直接影響金剛石薄膜與基體的實際接觸面積和接觸狀態(tài),是影響金剛石薄膜涂層刀具附著強度的重要因素物即。本文從金剛石薄膜在基體表面的成核密度捧韵、成核狀態(tài)及機械鎖合作用等方面研究了基體表面粗糙度對金剛石薄膜涂層刀具附著強度的影響丝蹭。

1基體表面粗糙度對成核密度及成核狀態(tài)的影響

圖1基體表面粗糙度對成核密度的影響

為研究刀具基體表面粗糙度對成核密度的影響,我們以用不同粒度金剛石微粉研磨過的基體為試樣,進行了實驗研究。為避免WC-Co系硬質(zhì)合金中Co元素對成核的影響,我們以金屬W為基體用燃焰法進行了沉積實驗雇牍。實驗條件為:反應(yīng)氣體流量比O2/C2H2=1,基體溫度約750℃,沉積時間為3min嗅呻。根據(jù)掃描式電子顯微鏡觀察計算結(jié)果,基體表面粗糙度與金剛石薄膜成核密度的關(guān)系如圖1所示藤习。

從圖中可以看出,以W為基體時,基體表面粗糙度對金剛石薄膜的成核密度沒有太大影響,在上述沉積條件下,成核密度可達3×108個/cm3左右。對WC-6%Co硬質(zhì)合金的研究也表明了同樣的趨勢导劝。這與在單晶Si片上的沉積實驗結(jié)果不同第粟。可以認為W和WC-6%Co硬質(zhì)合金中存在的大量晶界缺陷促進了金剛石薄膜的成核,從而使由基體表面粗糙度差異帶來的對成核密度的影響變得不十分明顯齐皂。

圖2在不同粗糙度基體表面上金剛石的成核狀態(tài)

用掃描式電子顯微鏡進行進一步的觀察分析表明,基體表面粗糙度對金剛石薄膜的成核狀態(tài)有較大影響协颅。圖2為在具有不同粗糙度的基體表面沉積2min未形成連續(xù)薄膜時金剛石的成核反晶粒生長狀態(tài)。從圖中可以看出,在Ra0.19μm的較光滑基體表面,金剛石薄膜較平整,金剛石薄膜與基體的接觸局限于成核點附近,可近似認為是二維接觸,實際接觸面積較小仅汰。在Ra0.41μm和Ra1.04μm的粗糙基體表面,金剛石在凸峰及凹谷中均有成核,由于金剛石晶粒呈三維生長,所以在形成連續(xù)薄膜后,在凹谷中成核的金剛石晶粒與基體呈三維接觸,使金剛石薄膜底面與基體的實際接觸面積顯著增大,從而有助于提高金剛石薄膜與基體間的附著強度簇娩。但在Ra1.04μm時,由于基體表面太粗糙,凸峰間的凹谷較深大,在金剛石晶粒進一步生長形成連續(xù)薄膜后容易在凹谷中形成空穴。

2刀具基體表面粗糙度對附著強度的影響

為進一步研究刀具基體表面粗糙度對附著強度的影響,我們用燃焰法制備了具有不同基體表面粗糙度的金剛石薄膜涂層刀具蝉站。由于WC-Co系硬質(zhì)合金中粘結(jié)相Co在沉積初期有促進石墨形成的作用,為排除其影響,實驗中選擇了金屬W為金剛石薄膜涂層刀具的基體材料货裳。

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