金刚石涂层硬质合金刀具既表现出金刚石高的硬度和耐磨性,也表现出硬质合金良好的抗冲击性和强韧性,是加工铝合金、纤维或陶瓷复合材料等材料的理想刀具,该刀具的界面结合性能对其使用具有重要影响。目前,国内外对金刚石涂层硬质合金刀具的研究主要通过宏观实验法,从微观原子尺度上对其界面结合性能的研究甚少。本文基于分子动力学与第一性原理,从微观原子尺度上对其界面结合性能进行模拟研究,本研究对揭示该涂层刀具的界面结合机理、优化其界面结构及涂层制备工艺具有重要的理论和实际意义。首先,进行了 Co含量对金刚石涂层硬质合金刀具界面结合性能的影响研究。构建Co含量分别为6、8、10、12wt%的WC-Co/Diamond界面模型,进行分子动力学模拟,计算分析了界面粘附功以及界面处的键长分布情况,分析结果表明:WC-6wt%Co/Diamond的界面粘附功最大,其界面结合性能最好;随着Co含量的增加,界面结合性能越差。然后,进行了中间层对金刚石涂层硬质合金刀具界面结合性能的影响研究。构建Co含量为6wt%的WC-Co硬质合金为基体的WC-Co/中间层/Diamond界面模型,其中,中间层分别为Graphite(石墨)和TiC、TiN、CrN、SiC,对界面模型进行几何优化。计算了界面粘附功和断裂韧性,分析了电子结构和态密度,结果表明:WC-Co/Graphite/Diamond界面模型中,Graphite/Diamond界面没有键形成,WC-Co/Graphite界面处原子间具有同种电荷而相斥,裂纹易发生在石墨相中。添加TiC、TiN、CrN、SiC中间层改变了界面处原子的电荷分配与成键方式,界面处原子间具有异种电荷而相吸,因此,TiC、TiN、CrN、SiC中间层都能有效地阻止Co的扩散,进而提高了金刚石涂层硬质合金刀具界面结合性能,且SiC中间层的改善效果最好,其中WC-Co/SiCsi-c/Diamond界面结构最为稳定。添加TiC、TiN、CrN、SiC中间层后,其裂纹分别最有可能发生在TiC Ti/Diamond界面、TiNTi/Diamond界面、WC-Co/CrNcr界面、WC-Co/SiCC-si 界面处。最后,进行了沉积温度对SiC中间层金刚石涂层硬质合金刀具界面结合性能的影响研究。构建了 WC-6wt%Co/SiCSi-c/Diamond 和 WC-12wt%Co/SiCSi-C/Diamond 界面模型,在不同的沉积温度下(T=973、1023、1073、1123、1173、1223、1273K)进行了分子动力学模拟,计算分析了界面粘附功以及界面处的键长分布情况,分析结果表明:对于Co含量为6wt%的WC-Co硬质合金基体,在1123K温度下,将SiC中间层沉积在WC-Co硬质合金基体上,然后在1173K温度下,将金刚石涂层沉积在WC-Co/SiC上,所制备的SiC中间层金刚石涂层硬质合金刀具的界面结合性能最强;对于Co含量为12wt%的WC-Co硬质合金基体,在1073K温度下,将SiC中间层沉积在WC-Co硬质合金基体上,然后在1223K温度下,将金刚石涂层沉积在WC-Co/SiC上,所制备的SiC中间层金刚石涂层硬质合金刀具的界面结合性能最强。