1. Khái niệm về lớp phủ bề mặt kim cương
Phủ bề mặt kim cương là việc sử dụng công nghệ xử lý bề mặt để phủ lên bề mặt kim cương một lớp màng vật liệu khác. Vật liệu phủ thường là kim loại (bao gồm cả hợp kim), chẳng hạn như đồng, niken, titan, molypden, hợp kim titan thiếc đồng, hợp kim niken coban, hợp kim niken coban phốt pho, v.v.; vật liệu phủ cũng bao gồm một số vật liệu phi kim loại, chẳng hạn như gốm sứ, titan cacbua, titan amoniac và các hợp chất cứng chịu lửa khác. Khi vật liệu phủ là kim loại, nó cũng có thể được gọi là kim loại hóa bề mặt kim cương.
Mục đích của lớp phủ bề mặt là mang lại cho các hạt kim cương những tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng. Ví dụ, sử dụng đá mài kim cương phủ bề mặt để chế tạo đá mài nhựa, tuổi thọ của chúng được kéo dài đáng kể.
2. Phân loại phương pháp phủ bề mặt
Phân loại phương pháp xử lý bề mặt công nghiệp xem hình bên dưới, thực tế đã được áp dụng trong phương pháp phủ bề mặt mài mòn siêu cứng, phổ biến hơn chủ yếu là mạ hóa học ướt (không mạ điện phân) và mạ, mạ khô (còn gọi là mạ chân không) trong lắng đọng hơi hóa học (CVD) và lắng đọng hơi vật lý (PVD), bao gồm phương pháp thiêu kết lỏng lỏng luyện kim bột chân không, đã được ứng dụng thực tế.
3. Độ dày lớp mạ thể hiện phương pháp
Do độ dày lớp phủ của bề mặt hạt mài kim cương khó xác định trực tiếp nên thường được biểu thị bằng độ tăng trọng lượng (%). Có hai phương pháp biểu diễn độ tăng trọng lượng:
Trong đó A là trọng lượng tăng thêm (%); G1 là trọng lượng mài trước khi mạ; G2 là trọng lượng phủ; G là tổng trọng lượng (G=G1 + G2)
4. Ảnh hưởng của lớp phủ bề mặt kim cương đến hiệu suất của dụng cụ kim cương
Trong dụng cụ kim cương được chế tạo bằng Fe, Cu, Co và Ni, các hạt kim cương chỉ có thể được nhúng cơ học vào ma trận chất kết dính do không có ái lực hóa học của chất kết dính nói trên và thiếu sự thâm nhập vào giao diện. Dưới tác động của lực mài, khi hạt mài kim cương tiếp xúc với tiết diện tối đa, kim loại thân lốp sẽ mất các hạt kim cương và tự rơi ra, làm giảm tuổi thọ và hiệu quả gia công của dụng cụ kim cương, và hiệu ứng mài của kim cương không thể phát huy hết. Do đó, bề mặt kim cương có đặc tính kim loại hóa, có thể cải thiện hiệu quả tuổi thọ và hiệu quả gia công của dụng cụ kim cương. Bản chất của nó là làm cho các nguyên tố liên kết như Ti hoặc hợp kim của nó được phủ trực tiếp lên bề mặt kim cương, thông qua quá trình nung nóng và xử lý nhiệt, để bề mặt kim cương tạo thành một lớp liên kết hóa học đồng nhất.
Bằng cách phủ các hạt mài kim cương, phản ứng giữa lớp phủ và kim cương sẽ kim loại hóa bề mặt kim cương. Mặt khác, bề mặt kim cương được kim loại hóa và chất kết dính thân kim loại kết hợp với nhau trong quá trình luyện kim, do đó, xử lý phủ kim cương cho quá trình thiêu kết lỏng áp suất lạnh và thiêu kết pha rắn nóng có khả năng ứng dụng rộng rãi, giúp tăng cường độ kết dính hạt của thân hợp kim dùng cho quá trình mài kim cương, giảm thiểu việc mài mòn dụng cụ kim cương, nâng cao tuổi thọ và hiệu suất của dụng cụ kim cương.
5. Chức năng chính của lớp phủ kim cương là gì?
1. Cải thiện khả năng khảm kim cương của thân thai nhi.
Do giãn nở vì nhiệt và co lại vì lạnh, ứng suất nhiệt đáng kể được tạo ra tại vùng tiếp xúc giữa kim cương và thân lốp, khiến vành đai tiếp xúc giữa kim cương và thân lốp tạo ra các đường vân nhỏ, làm giảm khả năng phủ kim cương của thân lốp. Lớp phủ bề mặt kim cương có thể cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của giao diện kim cương và thân lốp. Thông qua phân tích phổ năng lượng, đã xác nhận rằng thành phần cacbua kim loại trong màng từ trong ra ngoài đang dần chuyển sang các thành phần kim loại, được gọi là màng MeC-Me. Bề mặt kim cương và màng là một liên kết hóa học, chỉ sự kết hợp này mới có thể cải thiện khả năng liên kết của kim cương, hoặc cải thiện khả năng của thân lốp. Nói cách khác, lớp phủ hoạt động như một cầu nối liên kết giữa hai thành phần.
2. Cải thiện độ bền của kim cương.
Do tinh thể kim cương thường có các khuyết tật bên trong, chẳng hạn như các vết nứt nhỏ, các lỗ rỗng nhỏ, v.v., nên những khuyết tật bên trong tinh thể này được bù đắp bằng cách lấp đầy màng MeC-Me. Mạ điện đóng vai trò gia cường và làm cứng. Mạ điện hóa học và mạ điện có thể cải thiện độ bền của các sản phẩm có độ bền thấp, trung bình và cao.
3. Làm chậm quá trình sốc nhiệt.
Lớp phủ kim loại chậm hơn so với vật liệu mài kim cương. Nhiệt độ mài được truyền đến chất kết dính nhựa khi tiếp xúc với hạt mài, khiến chất kết dính này bị đốt cháy ngay lập tức do tác động nhiệt độ cao, nhờ đó duy trì lực bám dính trên vật liệu mài kim cương.
4. Cách ly và tác dụng bảo vệ.
Trong quá trình thiêu kết và nghiền ở nhiệt độ cao, lớp phủ sẽ tách ra và bảo vệ kim cương để ngăn ngừa quá trình than hóa, oxy hóa hoặc các thay đổi hóa học khác.
Bài viết này có nguồn gốc từ "mạng lưới vật liệu siêu cứng"
Thời gian đăng: 22-03-2025
