铁钴盐对人造金刚石单晶腐蚀的研究

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随着生产技术的进步,金刚石工具在机械加工和磨削领域得到广泛应用。但因金刚石表面光滑和高的化学稳定性,在工具的制备过程中存在与结合剂结合不牢和容易脱落的问题。为此,论文以草酸钴、草酸铁、硝酸钴三种金属盐作为腐蚀剂,对人造金刚石单晶进行了表面粗化处理。系统研究了每一种腐蚀剂在不同温度和不同保温时间下对人造金刚石单晶的腐蚀作用和实际效果。所得主要研究结果如下:1.草酸钴较好的腐蚀工艺为:温度900℃,保温时间1h;草酸铁为:温度900℃,保温时间1h;硝酸钴为:温度870℃,保温时间1h。{100}面和{111}面腐蚀深度分别为:3.25μm和22μm,3.5μm和25μm,5.12μm口4.25μm。2.对人造金刚石单晶的表面腐蚀规律进行了研究、分析,结果表明:金刚石{100}面比{111}面易于腐蚀,且{100}面腐蚀倾向于纵向的延伸,{111}面腐蚀倾向于横向的铺展;{100}表面腐蚀坑的形状和{111}面不同,{100}面腐蚀程度浅时,倾向于形成四边形的腐蚀坑,腐蚀程度深时倾向于形成倒金刚塔形或带平底的类金字塔形腐蚀坑;{111}面则趋于形成规则的三角形或六边形腐蚀坑。3.金刚石表面的腐蚀机理可能为:1)金属盐在高温处理后,由于分解作用或氧化还原作用产生了金属,金刚石在金属催化作用下发生石墨化反应,石墨化的碳原子再经过扩散在金刚石表面产生腐蚀作用。2)金属盐高温分解后产生的金属氧化物,会和金刚石或石墨碳原子发生氧化还原反应,造成金刚石表面腐蚀。4.将经过三种盐处理后的金刚石分别制备成金刚石刀头试样,和未经粗化处理过的金刚石制备成的刀头试样进行对比,经过处理的金刚石制备成的刀头抗弯强度和硬度均有一定程度的提高。硝酸钻处理后的金刚石制备成的刀头试样性能最好,抗弯强度达到1100MPa,较未处理的金刚石刀头试样提高了22%,硬度达到99HRB,提高了6%。
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