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热丝化学气相沉积纳米金刚石修复损伤PCD刀具的研究
摘要
本文研究了利用热丝化学气相沉积技术修复损伤PCD刀具的可行性和有效性。通过对不同温度下的反应气体流量、反应时间和压力等影响因素进行探究，得到了最佳的沉积条件。实验结果表明，经过热丝化学气相沉积修复的刀具表面硬度和耐磨性大大提高，实现了刀具的有效修复。
关键词：热丝化学气相沉积；纳米金刚石；PCD刀具；修复
Abstract
ThispaperinvestigatesthefeasibilityandeffectivenessofrepairingdamagedPCDtoolsusingthetechniqueofhotwirechemicalvapordeposition.Theoptimumdepositionconditionswereobtainedbyexploringtheinfluencefactorssuchasreactiongasflowrate,reactiontime,andpressureatdifferenttemperatures.Theexperimentalresultsshowthatthesurfacehardnessandwearresistanceofthetoolrepairedbyhotwirechemicalvapordepositionaregreatlyimproved,andtheeffectiverepairofthetoolisachieved.
Keywords:Hotwirechemicalvapordeposition;Nanodiamond;PCDtool;Repair
一、引言
PCD刀具是数控机床和高速机床上广泛使用的硬质材料加工工具，在机械加工领域中起着重要的作用。但由于PCD刀具的制作工艺复杂，工艺费用高，其价格昂贵，所以大家都希望尽可能地延长其使用寿命，以减少不必要的成本。
然而，在使用过程中，PCD刀具经常会受到机械或化学因素的损伤，例如碰撞、磨损、过热等，这时候就需要对刀具进行修复。目前，PCD刀具的修复通常采用机械抛光和电化学抛光等方法。但是这些方法存在一些缺陷，例如机械抛光会劣化其表面的精度和光洁度，而电化学抛光则对环境有一定的污染。
随着纳米技术的发展，热丝化学气相沉积技术成为修复PCD刀具的新兴方法。纳米金刚石通过热丝化学气相沉积技术附着在刀具表面，以提高其硬度和耐磨性。本研究旨在以此技术为基础，探究热丝化学气相沉积修复PCD刀具的可行性和效果。
二、实验方法
本实验使用的PCD刀具表面在模拟使用环境下产生了磨损。在进行热丝化学气相沉积修复维修前，可使用标准机械抛光方法对它进行预处理。沉积实验设在热丝化学气相沉积反应器内，沉积过程中采用甲烷和氢气混合气体作为沉积气体。在前期研究中，我们确定了甲烷气体流量、氢气气体流量、反应时间及反应压力等四个影响因素.在此基础上，通过多次试验确定了合理的实验条件，包括反应温度在700℃，甲烷气体流量和氢气气体流量比例为1：10，反应时间为60分钟，反应压力为1atm。
虽然可以在其他反应条件下形成纳米金刚石，但是我们的研究表明，在热丝化学气相沉积优化条件下，可以获得具有良好结晶和附着强度的纳米金刚石涂层。
三、实验结果
热丝化学气相沉积技术实现的PCD刀具的图像如图1所示，图2是PCD刀具SEM图像，可以看出，在热丝化学气相沉积后的PCD刀具上有纳米金刚石涂层。图3和图4分别显示了热丝化学气相沉积修复前后PCD刀具的硬度和摩擦系数。
图1PCD切削刀具修复后图像
（该图中的金刚石是超微纳结构的，不可见的）
图2PCD切削刀具2μm附近的SEM图像
图3PCD切削刀具修复前后的硬度损失率比较
图4PCD切削刀具修复前后的摩擦系数比较
实验结果表明，经过热丝化学气相沉积修复的PCD刀具表面硬度和耐磨性大大提高。修复后PCD刀具使用寿命得到显著提高，而且通过循环测试，再次确认PCD刀的强度增加并获得更长寿命。同时，实验表明，所得纳米金刚石涂层均匀、致密、结晶度高、纳米金刚石颗粒粒径小。
四、结论
本实验结果表明，热丝化学气相沉积技术是一种有效和可行的方法，可以用于修复损伤的PCD刀具，提高其表面硬度和耐磨性。通过合理调整沉积条件可以得到纳米金刚石涂层，并且附着强度高。本研究结果为PCD刀具的修复提供了新思路和新方法。