CVD金剛石涂層制備方法自問世以來，就得到廣泛關(guān)注，隨著科技進(jìn)步，誕生了多種CVD沉積方式，并且在工業(yè)生產(chǎn)得到實用化發(fā)展。CVD金剛石涂層的一個重要應(yīng)用就是作為刀具涂層，利用金剛石的高硬度和高的熱導(dǎo)率，來大幅度提高刀具的使用壽命。不過，多數(shù)是在硬質(zhì)合金基體表面使用，在鋼鐵基體上應(yīng)用很少，這是因為鋼鐵基體沉積CVD金剛石涂層有難度。下面，小編為大家分享一下鋼鐵基體沉積CVD金剛石涂層有哪些難點以及如何解決這些難題吧。

　　一、鋼鐵基體沉積CVD金剛石涂層的難點

　　1、鐵磁類金屬及其合金的石墨催化作用

　　CVD金剛石在中溫低壓環(huán)境中沉積，需依靠大量的氫原子將sp2轉(zhuǎn)化并為sp3，才能有效抑制石墨和非晶碳的生成。然而，對于碳溶解材料如Fe、Co、Ni、Mn及其合金，即使在CVD金剛石沉積環(huán)境下仍具有強(qiáng)烈的催化碳?xì)浠鶊F(tuán)和金剛石轉(zhuǎn)化成石墨的作用。在鋼鐵基體上直接沉積CVD金剛石，基體中的Fe首先催化碳?xì)浠鶊F(tuán)轉(zhuǎn)化為石墨，在基體表面覆蓋上一層松軟的石墨后，才開始在石墨表面形核金剛石，金剛石膜與基體的結(jié)合力很低，甚至在CVD金剛石沉積結(jié)束后冷卻時就直接從基體崩落。

　　2、相變應(yīng)力對金剛石膜粘附性能的影響

　　多數(shù)CVD金剛石沉積溫度在700~950℃范圍，這一溫度超過了大多數(shù)鋼鐵材料的奧氏體化起始溫度，甚至達(dá)到和超過了一些碳鋼和低合金鋼奧氏體化溫度范圍。在CVD沉積結(jié)束后樣品冷卻時，高溫奧氏體將發(fā)生珠光體(緩冷)或馬氏體(快冷)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過程中基體體積膨脹。理論上，鋼鐵基體樣品冷卻時的收縮與相變的膨脹能部分互相抵消，然而相變的體積膨脹量比冷卻時的收縮量大近一倍，且相變是在短時間內(nèi)完成，相變體積膨脹造成的內(nèi)應(yīng)力將直接使脆性的金剛石膜崩落。

　　二、解決鋼鐵基體沉積金剛石涂層困難的措施

　　鋼鐵基體沉積金剛石中所遇問題，均可通過設(shè)計合理的過渡層來解決。和傳統(tǒng)的過渡層設(shè)計相比，鋼鐵基體沉積金剛石膜過渡層要考慮的因素更多，主要表現(xiàn)在以下幾點：

　　1、過渡層要能阻擋基體的中Fe、Ni、Co等石墨催化元素在長時間的高溫CVD過程中擴(kuò)散至基體表面和與金剛石接觸的界面，防止界面金剛石石墨化；

　　2、過渡層要能阻擋碳穿透過渡層向基體擴(kuò)散，提高過渡層表面金剛石的形核率，并保證基體的碳含量不致過度升高，影響基體在淬火時的力學(xué)性能；

　　3、過渡層要有足夠的厚度和韌性，以緩解基體淬火時因奧氏體→馬氏體相變引起的相變應(yīng)力應(yīng)變沖擊；

　　4、過渡層在整個CVD金剛石生長和沉積后的冷卻過程中不發(fā)生一級相變，防止過渡層中引入相變應(yīng)力。

　　通常，單一的過渡層很難滿足上述復(fù)雜的綜合要求，采用多層過渡層設(shè)計，是解決上述問題常用方法。

　　關(guān)于鋼鐵基體沉積CVD金剛石涂層有哪些難點及其解決措施大致介紹如上所述，隨著涂層技術(shù)的研究進(jìn)程深化，CVD金剛石涂層的應(yīng)用領(lǐng)域及材料也會越來越多。