金刚石以硬度高、摩擦系数低、热导率高及耐腐蚀性好等特性,在工业领域得到了广泛的应用。CVD金刚石涂层刀具是一种新型的切削刀具,在硬质合金成型刀具的基础上,利用化学气相沉积的方法沉积一层金刚石涂层,目的是提高刀具的耐磨性和表面硬度。将CVD金刚石涂层刀具用于石材加工,可以提高加工石材表面的精度及加工效率,在一定程度上延长刀具的使用寿命。本文主要研究金刚石涂层刀具的制备,并将制备的金刚石涂层刀具应用于石材(汉白玉)加工中,为了提高石材加工中刀具的使用寿命。根据以上研究背景,本文利用热丝化学气相沉积技术在硬质合金基片及硬质合金刀具表面制备金刚石单层涂层,对表面形貌、表面成分和刀具切削性能进行了研究,并对热丝化学气相沉积制备梯度膜进行一定的探索,本文的主要研究内容如下:(1)研究了热丝化学气相沉积硬质合金基体金刚石涂层的工艺。采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在硬质合金基片表面制备不同碳源浓度金刚石涂层。结果表明:1%碳源浓度与2%、3%碳源浓度金刚石涂层相比,晶粒尺寸较大、sp2键少,<111>晶面特征峰强度高,晶粒取向呈现微米晶金刚石。3%碳源浓度金刚石涂层典型<111>晶面消失,晶粒取向呈现纳米晶金刚石。(2)研究了不同碳源浓度对沉积的金刚石涂层刀具切削性能的影响。利用DMU50加工中心使用不同碳源浓度金刚石涂层铣刀加工汉白玉1h。结果表明:碳源浓度为3%的金刚石涂层铣刀的后刀面磨损量最大,而1%碳源浓度金刚石涂层铣刀的涂层与基体结合力高,铣刀后刀面磨损量最小,金刚石涂层没有出现明显剥落,切削寿命最长。(3)研究不同结构的金刚石梯度膜的制备方法及性能。利用热丝化学气相沉积法,在硬质合金基底上制备金刚石涂层为2层、3层和5层三种类型的金刚石梯度膜。结果表明:金刚石涂层为2层、3层和5层三种类型的金刚石梯度膜中,内应力分别为-1.644 GPa、-0.737 GPa、-0.567 GPa,其中金刚石涂层为5层的金刚石梯度膜的内应力最小;通过压痕实验可知,涂层为2、3层的金刚石梯度膜金刚石脱落较小,涂层为5层的金刚石梯度膜脱落明显;通过摩擦磨损实验可知,涂层为2层的金刚石梯度膜摩擦系数最低,3层摩擦系数最高,5层其次。梯度层可以有效降低内应力,在降低内应力的同时一定要保证微米金刚石的厚度,以满足钉扎效应,梯度层中增加纳米金刚石可以降低摩擦系数。