CVD金刚石涂层研究

　　金刚石涂层是一个新兴的高技术领域，十二五规划中明确指出，开发复合材料系列刀具以及专用金刚石涂层整体硬质合金刀具为科技重大专项。目前，CVD金刚石涂层技术已日趋成熟，国外已经有多家以CVD金刚石涂层刀具技术进行研发和生产的公司，虽然CVD金刚石涂层刀具在国外已经被广泛应用到了实际生产当中，但是我国还无法进行优质生产。CVD金刚石薄膜替代天然金刚石能够降低生产成本，其许多优势将会是未来我国发展的重点，也会是刀具行业突破的重心。

　　1、BDM-UM-UNCD的研发

　　结合不同的单层金刚石薄膜的不同特点开发多层复合金刚石薄膜是获得高性能金刚石薄膜的有效途径，在现有文献中，两层和多层未掺杂微米和未掺杂纳米复合金刚石薄膜(UM-UNCD)，以及基于UMCD和UNCD开发的超光滑复合金刚石薄膜已经得到了系统研究，证明了微米金刚石晶粒与基体之间具有较紧密的机械锁合，而复合薄膜表层的UNCD薄膜或超光滑薄膜则表现出低的表面粗糙度。

　　王新昶等在上述研究基础上进行了BDM-UM-UNCD薄膜在铝塑复合管(PAP)拉拔模具内孔表面的制备及应用研究，验证了复合金刚石薄膜在油润滑及水润滑拉拔PAP过程中的应用效果，得到的结论是：

　　(1)采用仿真优化后的沉积参数，在硬质合金PAP拉拔模具基体整个内孔表面沉积了厚度比较均匀的BDM-UM-UNCD薄膜，其中主要工作区域沉积的复合金刚石薄膜具有较高的表面质量和均匀的薄膜厚度，在次要区域沉积的薄膜厚度较小，表面质量有所下降，但不会影响模具使用。

　　(2)采用侧锥孔抛光机，内孔抛光机、超声研磨抛光机和磨料流体抛光机相结合的系列化机械抛光工艺可高效地将BDM-UM-UNCD薄膜涂层拉拔模具内孔表面不同区域(入口区、压缩区、定径带和出口区)的表面粗糙度Ra抛光至44.7nm、22.2nm、33.1nm和30.8nm，抛光效率明显高于传统的UMCD、BDMCD和BDM-UMCD薄膜涂层拉拔模具。

　　(3)BDM-UM-UNCD薄膜涂层拉拔模具在油润滑应用试验条件下的使用寿命仅次于BDM-UMCD薄膜涂层拉拔模具。考虑到抛光效率，BDM-UM-UNCD薄膜涂层拉拔模具更具实用性;在油润滑条件下，BDM-UM-UNCD薄膜涂层拉拔模具表现出明显优于硬质合金及其它类型金刚石薄膜涂层拉拔模具的综合应用效果。

　　(4)BDM-UM-UNCD薄膜涂层PAP拉拔模具在水润滑条件下同样表现出极高的使用寿命和良好的应用效果，有助于推动水润滑技术在拉拔生产中的应用，推进实现绿色生产。

　　2、CVD纳米金刚石涂层工具

　　当前，切削工具、拉丝模、滑动轴承以及许多抗摩擦复合件的基体材料主要采用硬质合金。传统的切削工具由于存在摩擦磨损严重而且寿命短等缺点，难以满足高速高效切削的需要，因此，在硬质合金基体上沉积金刚石涂层就成为改善或解决这些问题的一种有效方法。金刚石涂层硬质合金工具非常适合于高效和高精度非铁系金属和合金、金属复合物材料和硬脆非金属材料(如陶瓷、石墨和增强型塑料)的加工，与非沉积涂层硬质合金相比，现实的应用表明金刚石涂层硬质合金大大提高了工具的使用寿命。同时由于薄膜金刚石涂层切削工具的低成本和高效能，使之在商业化应用中极具潜能。

　　与聚晶金刚石(PCD)工具相比，CVD纳米金刚石工具具有制备工艺简单，而且可以做成各种复杂的几何形状的优点，但因金刚石薄膜与硬质合金基体间附着性较差的缺点限制了CVD纳米金刚石涂层刀具的大规模化工业的应用。

　　近几年，随着研究的深入开展，基体与薄膜附着力问题取得了很大进展，并且开发出表面平整、不需刃磨的纳米金刚石涂层工具而使人们将注意力重新转向纳米金刚石涂层刀具的研究。以下是刘书军等人重点对其发展趋势和应用前景展望。

　　CVD纳米金刚石涂层工具既具有硬质合金的强韧性，又兼具了纳米金刚石表面平整光滑、摩擦系数小和容易研磨抛光等优点，在切削加工领域的需求日益广泛。但是从发展水平来看，目前国内外纳米金刚石涂层的研究还处于基础性研究阶段，还有不少关键问题亟待解决，如纳米金刚石涂层沉积效率较低，涂层附着力较低，薄膜质量有侍进一步提高等。纳米金刚石涂层的应用研究刚刚起步，尚未形成成熟产品，距产业化还有很大距离。不过随着新型的纳米金刚石复合涂层技术的开发，不仅能大幅度提高模具和工具的使用寿命，有效降低成本和提高生产效率，而且能从根本上改进加工质量，提升产品档次，具有广阔的应用前景。

　　由于CVD纳米金刚石涂层通过二次形核增强了刀具表面的平整性，使得在实际生产中的应用前景非常广阔。虽然存在CVD纳米金刚石涂层工艺不稳定、不成熟的缺点，但是随着科研工作者的继续努力，相信不久的将来，CVD纳米金刚石涂层不论在技术、设备还是工艺上都会得到很大进展。随着能源经济节约意识的加强和绿色经济的推广，CVD纳米金刚石涂层的应用前景将是十分广阔的。

　　3、无油缝纫机零配件金刚石涂层技术

　　无油化技术成为缝纫机技术发展的一个重要方向。近几年，国内一些有实力的缝纫机生产企业也加入了无油缝纫机的生产行列。而国外品牌的无油缝纫机均采用缝纫机零部件表面进行纳米自润滑涂层来实现无油化。国内有部分厂商采用外发至日本加工涂层，但是成本高，交货期得不到保证。

　　目前，国内有些企业经过多年研制，在普通类金刚石(DLC涂层，也就缝纫机行业所说的黑金刚石涂层)的涂层基础上经过不断的工艺创新，研制出了适合于缝纫机行业的各类专用类金刚石涂层，因其适中的价格，优良的性能，目前已被国内几大缝纫机厂所采用。

　　DLC(类金刚石)涂层特点：

　　具有很高的硬度(HV2500)，优良的耐磨性，摩擦系数极低(低至0.06)，膜层4μm厚，与基体结合力很强，具有优异的耐蚀性，能耐各种酸、碱等腐蚀远对金属、塑料、橡胶、陶瓷等均有良好的抗粘结和防咬合性能，表面粗糙度低(可达镜面级)，可在各种钢铁、钛合金、铝合金、硬质合金等材料上沉积。