超硬材料网

近日，上海交通大学孙方宏等在Journal of Manufacturing Processes上发表题为“Fabrication and grinding performance of CVD diamond coated Ni-based brazed diamond grinding tools”的文章。文章针对单层钎焊金刚石磨具在硬脆材料精密磨削中存在的切削刃少、磨粒易宏观破碎导致锋利度下降的问题，提出了利用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术在镍基钎焊金刚石磨具表面沉积金刚石涂层的方法。通过分子动力学(MD)模拟揭示碳原子在钎料表面的沉积机制，实验结果表明，沉积的金刚石涂层在磨粒和钎焊材料上形成了多晶微刃结构，显著降低了钎焊材料中的Ni含量(降至1%)，增加了C含量(增至99%)。在氧化铝陶瓷上的磨削实验证明，随着沉积时间增加，微刃平均高度增加，工件表面粗糙度降低。后期生长的金刚石涂层磨具主要呈现轻微磨损和微破碎特征。磨削力和温度测量结果表明，金刚石涂层的生长增加了厚度，提高了未涂层磨粒的硬度、耐磨性和导热性，同时微切削刃进一步提高了磨粒锋利度并减少了磨粒-工件摩擦。研究得到了国家自然科学基金项目(No.52175424)的资助。

文章亮点：

 1. 成功地在Ni基钎焊金刚石磨具的复杂表面上沉积CVD金刚石涂层。

 2. 通过分子动力学模拟深入揭示了碳原子在Ni-Cr-Fe多晶合金钎料表面的沉积机制(碳-金属结合成碳化物、金属催化石墨化、远离金属原子处形成金刚石结构)。

 3．沉积的金刚石涂层覆盖磨粒形成微晶微刃结构增加锋利度，同时也覆盖钎料基体。涂层本身的高硬度、高耐磨性、高热导率提升了磨粒的整体性能，显著延长了工具寿命。

研究背景：

单层钎焊金刚石磨具因其高把持强度、高凸出度和充足的容屑空间，在硬脆材料(如玻璃、陶瓷)磨削中应用广泛。但其单个磨粒切削刃数量少，导致磨粒-工件接触面积增大，磨削力升高。同时Ni基钎料硬度大、厚度高，影响磨粒凸出高度，易导致磨粒宏观破碎，降低使用寿命。现有锐化方法(如机械修整、激光织构化)易引发磨粒石墨化或热损伤，削弱硬度与耐磨性，缩短工具寿命。

HFCVD技术能制备具有微晶结构(即微刃)的CVD金刚石磨粒，提升锋利度。但此前该技术主要用于硬质合金或碳化硅陶瓷基体，在钎焊磨具基体(特别是Ni基)上沉积金刚石涂层及其机制研究尚属空白。