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比金刚石硬度还要高的高硬度涂层材料

2015-2-4 12:13:53      点击:

    目前,金刚石仍然是地球上已知硬度最高的材料。但是,美国能源部下属阿莫斯实验室的研究人员已经开发出一种比立方氮化硼(CBN)硬度还要高一点的高硬度涂层材料。

    阿莫斯实验室宣称,他们正与其他一些科研实验室、大学和企业合作,开发一种可应用于切削刀具和耐磨零件的高硬度、高韧性、表面光滑的涂层。例如,该科研团队正与刀具制造商Greenleaf公司合作,在其刀具上沉积一种长寿命涂层,以减小摩擦和切削力,从而降低切削加工所需的能耗。
    阿莫斯实验室的研究人员通过在铝、镁和硼合金(AlMgB14)中加入少量的硅和其他添加剂,开发出了这种材料。这种化合物并非一种新物质,但其化学特性尚未完全研究清楚。这种别名为“BAM”(Boron-Aluminum-Magnesium)的材料显示出了极高的硬度——46GPa(相当于6.7×106psi),与此相比,CBN的硬度为45GPa(相当于6.5×106psi),金刚石的硬度为70一100GPa(相当于[10.2-14.5]×106psi)。  从BAM的基本成分单元的结构来看,它似乎不太可能成为一种坚硬的材料。金刚石的基本成分单元中有8个碳原子,排列成非常简单和高度对称的结构。而BAM的基本成分单元中共有64个原子,任何专家都不会认为具有这种晶体结构的物质会十分坚硬。但事实上,BAM确实非常坚硬!

图(1)是金刚石涂层在钻具表面的应用
    阿莫斯实验室的研究人员解释说,通过置换其他元素(如硅),这种化合物复杂的化学结构使提高其硬度成为可能。研究人员在材料中加入硅,成功地改变了其结合条件,使材料硬度大大提高。

图(2)是耐默公司自主研发的高温耐磨涂层,可以抗1000度的高温
硬度并不是这种材料唯一的性能优势,耐磨性、韧性和热传导性也是影响这种材料在切削加工中可用性的重要因素。
    BAM已经获得了New Tech Ceramics公司的销售许可,该公司可以提供AlMgB14系列材料。由于AlMgB14材料具有较好的成形能力,制造相对比较容易,制造成本也较低,因此在超硬材料市场上具有较强的竞争力。                  
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