关于金刚石表面处理的作用机理及性能的改变的研究

发布者:金锐 发布时间:2018/4/23 17:36:55 阅读:

金刚石表面金属化处理是一个(物理)化学过程,该过程与镀层金属的活性和粒度有关。因为活性细颗粒镀层金属在毛细管力的作用下,有可能填补金刚石表面存在的微裂纹缺陷,将应力集中的微裂纹充满金属粒子,使缺陷的有害影响得到缓和,因而镀层金刚石的强度得到提高。


   这是湖南省冶金材料研究所的黄炳南等人的研究成果。他们利用X射线衍射仪和电子探针研究了金属-金刚石界面的组织结构和形貌。X射线衍射分析结果证明,在镀Ni、Ti的金刚石界面上有Ni3C和TiC化合物。与此同时,镀Ni、Ti的金刚石改变了粘结剂中的结合形貌,在它们之间形成了致密的结合层,这不仅改变了它们之间的结合状态,缓解了应力集中,同时还提高了结合强度,即从单一的机械结合改变为机械结合与化学结合的总和,因此可以大大提高它的结合强度。


  中南工业大学的胡国荣对化学镀Ni-W-P,化学镀Ni-W-P后电镀Fe-W的金刚石在空气和真空中进行高温热处理,用扫描电镜观察热处理之后的表面形貌,分析了镀覆金刚石的高温耐蚀性及热腐蚀机理。


   研究表明,金刚石表面镀层在900e空气气氛中对金刚石具有良好的高温保护作用,但在1050e时,空气中的氧将穿透镀层与金刚石表面碳原子发生氧化反应,使金刚石受到严重的热腐蚀;与之相对应的是,镀层金刚石在真空状态下,在900e加热时,与未镀覆金刚石类似,只受到微弱的热腐蚀,而在1050e时,由于化学镀层中的Ni、Fe等合成金刚石的触媒元素的存在,金刚石反而受到较强的热腐蚀。


   另外该校的李晨辉等人利用抗弯强度试验及扫描电镜分析,研究了磁控溅射镀Ti金刚石在金属基结合剂中的界面结合状态。研究结果发现,在700e~840e热压条件下,Ti镀层难以跟金刚石形成强的界面结合,镀层大多扩散进入结合剂中,结合剂亦通过扩散到达金刚石表面,在抗弯试验中,镀层与结合剂一起被剥离金刚石表面。另一方面,镀Ti对含金刚石试样的抗弯强度影响在不同的结合剂中显着不同。


  对金刚石而言,在表面镀覆金属或非金属材料时,其自身要承受镀膜处理时的高温作用或电化学作用,这种在低压或真空条件下的受热过程或电化学腐蚀过程将会因金刚石体内的杂质或包裹体的存在造成难以避免的热损伤。


   中国地质大学的裴宇韬等人运用化学镀方法在金刚石表面镀覆Ni-W(Mo,Zr)-B合金膜,对镀膜前后的金刚石进行了热失重分析(TGA),结果表明镀覆后的金刚石的耐热性得到了显着的提高,镀层的热保护机制表现为隔氧和封闭金刚石表面/悬挂0C原子的双重作用。对于未镀膜金刚石,除了表面C原子与吸附的氧反应外,大量悬键C原子向基体合金中的溶解扩散是其强度降低的直接原因。


  而对于镀膜金刚石镀层金属作为扩散阻挡层不仅隔离了氧原子,而且其中的粘结元素(W、Mo或Zr)与金刚石表面的悬键C原子反应形成相应的碳化物,封闭了悬键;因此镀膜金刚石的保留强度就要高许多。另一方面,镀膜与未镀膜金刚石的热损伤机制有本质的区别。镀膜金刚石以晶面侵蚀为特征,未镀膜金刚石则以体损伤为特点,后者对金刚石耐热性能的危害较前者要严重的多。

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