随着“中国制造2025”的推进实施,传统加工工具正逐渐被加工精度更高、加工性能更为优异的先进加工工具所取代。钎焊金刚石工具作为新兴加工工具之一,因钎料与金刚石具有良好的界面结合特性而备受学术界与工业界的广泛关注。然而,对于当前研究相对广泛的Ni基钎料钎焊金刚石工具而言,钎焊过程中因较高的钎焊温度(1020℃-1070℃)以及元素Ni的催化作用,导致金刚石表面容易产生石墨化,这势必削弱了钎焊金刚石工具的加工性能。因此,如何有效增强金刚石与基体间的界面结合强度并同时降低钎焊过程中金刚石的热损伤,是当前钎焊金刚石工具的研究热点与关键问题。深入理解钎焊金刚石的微观界面结合行为及其强化机制,对于合理设计钎料以及制备高性能钎焊金刚石工具具有重要的科学意义与价值。鉴于此,本论文选取Ni基钎料钎焊的金刚石工具为研究对象,从理论计算与实验两方面深入研究了 Ni基钎料钎焊金刚石工具界面结合行为以及Cu元素对钎料与金刚石界面的强化机制,具体研究内容如下;首先,为揭示Ni基钎料合金中不同元素与金刚石的反应机理,采用第一性原理计算方法,对Ni、Cr、B、Si在金刚石表面的吸附与扩散行为进行了系统研究。发现Ni元素在金刚石表面的吸附能力较差,但其具有良好的表面扩散能力,使得整体Ni基钎料对金刚石具有良好的润湿性;而Cr作为碳化物形成元素,在金刚石表面既有较好的吸附能力又具有良好的扩散能力,这为钎料/金刚石界面处Cr元素与金刚石的化学冶金反应提供了有利条件;此外,B和Si元素在金刚石表面均表现出良好的吸附性能,但其在金刚石表面的扩散能力较差,由于它们在Ni基钎料合金中含量极少,因此对Ni基钎料整体性能的影响较小。其次,为探明Ni基钎料中不同元素在钎料/金刚石界面处的作用机制,进一步采用第一性原理计算方法研究了不同钎料元素对钎焊金刚石界面结合强度及断裂性能的影响。发现Cr有向界面偏析的趋势,并在界面处与金刚石中的C成键,使得界面分离功明显增大,从而提高了 Ni与金刚石的界面结合强度;而B与Si则易掺杂于Ni基体中,对Ni/金刚石的界面结合强度影响较小;通过对界面结构的拉伸模拟发现,Cr原子掺杂使得Ni与金刚石界面结合强度增强,断裂优先发生于金刚石结构内部。基于实验验证,有效证实了 Cr向金刚石表面迁移并与C元素形成不同结构的碳化物,从而增强了钎料与金刚石间的界面结合强度。最后,为实现对Ni基钎料钎焊金刚石界面结构强化的目的,在Ni基钎料内掺杂Cu元素,基于第一性原理计算与分子动力学模拟,系统研究了不同掺杂浓度的Cu对Ni基钎料钎焊金刚石工具界面结合强度以及对金刚石石墨化的影响,发现在Ni-Cr钎料中掺杂8个Cu原子时化效果最佳,掺杂结构具有最大的界面分离功;此时不仅有效抑制了界面处金刚石石墨化,并且最大程度地促进Cr在钎料与金刚石界面处的化学冶金反应,有效提高了钎料与金刚石界面结合强度;结合实验研究发现,与计算中最佳Ni、Cu配比相一致,在Ni基钎料中掺杂40%的Cu合金对钎焊金刚石界面强化效果显著,且在磨削实验中金刚石脱落、断裂的失效模式占比明显减小,有效强化了 Ni基钎料钎焊金刚石的界面结构,并显著抑制了金刚石的石墨化。