Les outils revêtus d’un film diamanté (outils revêtus de diamant) sont utilisés pour les matériaux difficiles à usiner tels que le CFRP. Dans la fabrication d’outils revêtus de diamant, un prétraitement est nécessaire pour éliminer le cobalt de l’outil à l’aide d’un liquide afin d’obtenir une surface de film de diamant uniforme. Cependant, l’impact environnemental des déchets liquides issus du prétraitement liquide (traitement par voie humide) suscite des inquiétudes et il est nécessaire de développer un procédé qui n’utilise pas de liquides (traitement par voie sèche).
Une équipe de recherche composée de l’étudiant à la maîtrise Yoshinori Saiki, du professeur adjoint Takahiro Bando, du conférencier Toru Harigai, du professeur Hirofumi Takikawa du Département de génie électrique et électronique de l’information de l’Université de technologie de Toyohashi et d’autres a révélé le mécanisme par lequel le cobalt fabrique le film de diamant surface non uniforme dans le but de développer un prétraitement qui ne nécessite pas de traitement par voie humide.
En particulier, l’équipe a découvert que les filaments de carbone provoquent une formation non uniforme dans les films de diamant nanocristallin lisses à faible frottement, et que l’inhibition des filaments de carbone est essentielle. Cette étude a été menée en collaboration avec OSG Corporation (une entreprise leader dans la région de Higashimikawa) et l’Université de technologie de Nagaoka, ce qui en fait un projet de recherche unique pour l’Université de technologie de Toyohashi.
Les outils revêtus d’un film diamanté (outils revêtus de diamant) sont utilisés pour les matériaux difficiles à usiner. Un exemple typique de matériaux difficiles à usiner est le plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP), qui est utilisé comme matériau léger et dur pour réduire le poids des carrosseries d’avions et d’automobiles.
Comme matériau de base des outils pour déposer des films de diamant, on utilise généralement du carbure de tungstène cémenté avec un liant au cobalt. Et le dépôt chimique en phase vapeur à filament chaud (HF-CVD) est utilisé comme technique de dépôt de film. Lorsqu’un film de diamant est déposé sur du carbure de tungstène cémenté par HF-CVD, on sait que la qualité des outils revêtus de diamant se détériore lorsque le film de diamant devient non uniforme en raison des grains de cobalt. Par conséquent, un prétraitement est nécessaire pour éliminer le cobalt sur le carbure de tungstène cémenté avec un liquide.
Cependant, l’impact environnemental des déchets liquides issus du traitement liquide (traitement par voie humide) suscite des inquiétudes et il est nécessaire de développer un procédé qui n’utilise pas de liquides (traitement par voie sèche). Dans cette étude, nous avons initialement révélé le mécanisme par lequel le cobalt rend la surface du film de diamant non uniforme dans le but de développer un prétraitement qui ne nécessite pas de traitement par voie humide.
Il existe deux types de films de diamant déposés sur les outils : les diamants microcristallins et les diamants nanocristallins. Des recherches antérieures ont proposé un mécanisme de formation non uniforme uniquement pour les diamants microcristallins. Cependant, aucune découverte n’a été faite sur les diamants nanocristallins, qui sont considérés comme lisses, ont peu de frottement et conviennent mieux aux outils.
Dans cette étude, nous avons révélé le mécanisme de formation non uniforme des diamants nanocristallins ainsi que des diamants microcristallins avec une observation résolue dans le temps du processus de dépôt des diamants microcristallins et des diamants nanocristallins. En particulier, dans les diamants nanocristallins, les filaments de carbone soulèvent des particules sur le substrat en carbure de tungstène, rendant le substrat non uniforme, provoquant ainsi une formation non uniforme.
Dans cette étude, nous avons montré qu’il est important d’inhiber la croissance des filaments de carbone au stade initial du dépôt afin d’inhiber la formation non uniforme de films de diamant nanocristallin lors du traitement à sec. À l’avenir, nous prévoyons de développer une technique de dépôt utilisant HF-CVD dans un environnement à haute température qui peut inhiber la croissance des filaments de carbone. De plus, après avoir établi un processus de formation uniforme pour les films de diamant nanocristallin, nous prévoyons d’appliquer le processus à des outils réels et d’étudier leurs performances d’usinage.
Les résultats sont publiés dans la revue Diamant et matériaux connexes.
Plus d’information:
Yoshinori Saiki et al, Morphologie séquentielle du cobalt à partir de carbure de tungstène cémenté dans des films de diamant microcristallin et nanocristallin par HF-CVD, Diamant et matériaux connexes (2022). DOI : 10.1016/j.diamond.2022.109643