CVD金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

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ＣＶＤ金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

５１００９０广东工业大学魏昕张凤林王成勇匡同春摘要本文采用不同涂层工艺的ｃ、，Ｄ金刚石薄膜刀具切削高硅铝舍金，观测比较刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及工件加工表面粗糙度，分析ｃＶＤ金刚石薄膜刀具切削高硅铝舍金的磨损机理和失效原因。研究结果可为涂层工艺的改进提供了理论依据。

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主题词金刚石薄膜涂层刀具切削性能刀具磨损

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１前言

ＣｖＤ金剐石薄膜是采用化学气相沉积（简称ｃＶＤ）方法制备出来的一种全晶质多晶纯金刚石材料。它具有与天然金刚石完全相同的结构，因而具有硬度高、耐磨损、导热性好、摩擦系数小及与非铁金属亲和力小等优良物理机械性能。ｃＶＤ金剐石薄膜不含任何金属或非金属添加剂，其多晶结构又使其在各个方向都具有几乎相同的极高硬度，没有解理面，因此其物理机械综合性能兼具单晶金刚石和聚晶金刚石（ＰＣＤ）的优点，而在一定程度上又克服了它们的不足。此外，ＣｖＤ金刚石薄膜还有制造成本低于聚晶金刚石，且可制作形状较为复杂的刀具的优点。ＣＶＤ金刚石薄膜涂层刀具不仅使用寿命高，而且极小的摩擦系数可减小切削力，降低切削加工变形，不易产生积屑瘤，可获得高加工精度和表面加工质量，适合于非铁类难加工材料的精密加工、数控加工等，在汽车工业、航空航天工业中有着广泛的应用前景。目前，由于ＣＶＤ金刚石薄膜涂层技术不够成熟，普遍存在着金刚石薄膜与基体结合力低、膜厚不均匀等问题，ＣＶＤ金刚石薄膜涂层刀具切削性能不稳定、可靠性较差，这些制约着金刚石薄涂层刀具的产业化。

为此，国内外研究者对ＣＶＤ金刚石薄膜涂层工艺及ｃＶＤ金刚石薄膜性能的测定进行了大量研究，并取得了较为显著的进展。但有关ＣＶＤ金刚石薄膜涂层刀具磨损机理、失效机理的研究近年来刚开始ｕ“１，缺乏根据ｃｖＤ金刚石薄膜涂层刀具磨损性能评价、改进涂层工艺方面的研究。

本文采用不同涂层工艺的ＣＶＤ金刚石薄膜涂层刀具进行高硅铝合金的切削实验，测量、比较ｃＶＤ金

刚石薄膜涂层刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及高硅铝合金工件表面粗糙度，分析ＣｖＤ金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金的磨损、破损失效机理，根据实验研究结果，改进ＣⅦ金刚石薄膜涂层工艺，得到了切削性能优良的ＣＶＤ金刚石薄膜涂层刀具。ＣｖＤ金刚石薄膜涂层刀具切削性能是评价和改进ＣＶＤ金刚石薄膜涂层工艺的有效方法之一。

２实验条件及方法

切削实验在ＴＣ一１５型车削中心上进行。切削条件为：切削速度Ｋ＝１８０耐ＩＩＩｉｎ；切削深度ｏ。＝０．２咖；进给速度，＝０．１ｍＩＩｌ，ｒ，干切削。被切削材料为含硅２３％（ｗｔ．）的浇铸硅铝合金，硅相尺寸４０．１５０皿ｍ。

选取ＹＧ６和ＹＧ３方型硬质合金可转位刀片作为基体；采用直流等离子射流ｃＶＤ法进行金刚石薄膜涂层，反应气体为甲烷、氢气、氩气的混合气体。涂层过程进行脱钴碳等基体表面处理。涂层工艺参数如表ｌ所示。金刚石薄膜涂层由广州有色金属研究院完成。

刀具几何参数为：前角ｙ。＝一６０，后角口。＝伊，主偏角矗，＝４５０，副偏角．ｉ｝，’＝４５０，刃倾角Ａ。＝一酽。

采用扫描电镜ＳＥＭ和工具显微镜检测刀具前后刀面的磨损形貌及磨损、破损程度，表面粗糙度仪测量工件加工表面的表面粗糙度。

裹ｌＣＶＤ金喇石薄膜涂层工艺

气压（ｋＰａ）Ａ，（ＳＩ朋）Ｈ２（ＳＬＭ）Ｃ吼浓度电压（Ｖ）电流（Ａ）温度（℃）５．３—２０４＿ｌＯ５＿１５Ｏ．５—５％５０—１５０７０一２００７００—１１００３实验结果与分析

图ｌ为不同涂层工艺条件的ＣＶＤ金刚石薄膜刀具和ＹＩ；６硬质合金刀具切削商硅铝合金磨损过程曲

　万方数据