金刚石涂层刀具的制备及其切削性能研究
金属切削原理与刀具 课题32 金刚石刀具
金刚石刀具
金刚石刀具
课题三十二 金刚石刀具
金刚石 刀具
单晶金刚石刀具 多晶金刚石刀具
天然单晶金刚石刀具 人造单晶金刚石刀具
PCD刀具 CVD金刚石刀具
CVD金刚石 薄膜涂层刀具
金刚石 厚度膜焊接刀具
金刚石刀具
课题三十二 金刚石刀具
金刚石刀具的性能特点
极高的硬度和耐磨性 金刚石的显微硬度达HV10000，是自然界最硬的物质。具有极高的耐 磨性，天然金刚石的耐磨性为硬质合金的80-120倍，人造金刚石的耐磨性 为硬质合金的60-80倍。
金刚石刀具
金刚石刀具的性能特点
课题三十二 金刚石刀具
刀刃非常锋利 金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，天然单晶金刚石刀具刀刃钝园 半径可达纳米，能进行超薄切削和超精密加工。
具有很高的导热性能 金刚石的导热系数为硬质合金的1.5-9倍，为铜的2-6倍。由于导热系 数高，切削热容易散出，切削温度低。
金刚石刀具
如 铝合金活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱等。
由于这些零件材料含硅量较高(12%以上)，且为大批量生产，对刀具的寿命 要求较高，硬质合金刀具难以胜任，而PCD刀具的寿命远高于硬质合金刀具， 是硬质合金刀具寿命的几十甚至几百倍。
金刚石刀具
课题三十二 金刚石刀具
金刚石刀具的应用
在加工硅含量较高的铝合金时，除PCD刀具外，其它所有的刀具都在很短的 时间内产生严重的磨损而不能继续切削 。
PCD刀具还非常适合对难加工非金属材料(如：木材、人造板材、强化复合地板、 碳纤维增强塑料、石墨、陶瓷、石材等)进行加工 。
采用单晶金刚石刀具，在超精密车床上可实现镜面加工，目前，金刚石刀具可 以实现切削厚度为纳米级的连续稳定切削。
论述金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具是超精密切削中常用的刀具材料，其切削机理、条件和应用范围如下：
1.切削机理：
⏹金刚石刀具的切削刃非常锋利，在切削过程中能够实现“切入式切削”，
使切削力大大减小。
⏹金刚石的硬度极高，切削时不易被工件材料磨损，能够保持良好的切削刃
形状。
⏹金刚石的传热性能极佳，能够快速地将切削热量传递出去，从而降低切削
温度，减少热损伤。
1.切削条件：
⏹刀具刃口半径：为了实现超精密切削，需要将刀具的刃口半径减小到亚微
米级，以提高切削的精度和表面粗糙度。
⏹切削用量：为了减小切削力和热量，需要选择较小的切削深度和进给速度，
以提高切削效率。
⏹工件材料：金刚石刀具适用于加工各种硬材料，如淬火钢、硬质合金等。
但是，对于一些韧性较大的材料，需要进行预处理或选择其他刀具材料。
1.应用范围：
⏹金刚石刀具广泛应用于超精密切削领域，如光学零件、轴承、硬盘磁头、IC
芯片等高精度、高表面质量的零件加工。
⏹在加工过程中，金刚石刀具还可以用于制作各种微细结构，如微孔、微槽
等。
综上所述，金刚石刀具的超精密切削需要满足一定的条件，并具有广泛的应用范围。
涂层刀具的切削性能与发展
试析涂层刀具的切削性能与发展[摘要]切削刀具材料不仅需要有很高的硬度和耐磨性，而且需要有较好的抗弯强度和冲击韧性。
这两方面的性能相互矛盾，难以兼顾。
在刀具表面敷以涂层，是解决这一矛盾的有效方法。
刀具材料表面有了涂层，其综合性能得到了明显的提高。
本文将着重讨论涂层刀具的切削性能和发展趋势。
[关键词]刀具；涂层；切削性能；存在的问题；发展趋势中图分类号：tg335.86 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）23-0077-01引言制造业的发展离不开切削刀具，现代切削刀具已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一，切削加工的要求日趋提高，如高速、高精度、高效、智能和环保等成为现代切削加工主要追求的目标。
而被加工材料的能级不断提高，如高强和超高强度材料、高韧性、难切削等材料层出不穷。
新形势下对切削加工还提出了特殊要求，如加工硬度50hrc以上的硬加工、微润滑和无润滑的干切削不断涌现，使切削加工中的个性化特点日见显现。
面对这些变化，若要求在刀具的设计和制造工艺或刀具材料的整体性能上来适应这些要求，技术上的难度是很大的，尤其对刀具材料而言，不仅在资源利用上极不经济，而且要求材料满足日趋复杂的综合切削性能，通常难以做到。
采用而涂层刀具是解决上述问题的最佳方案之一，涂层刀具对改善的刀具性能起着非常重要的作用。
经涂层的刀具大大提高了加工效率、加工精度、延长了刀具寿命、降低了加工成本，由此可以说，现代制造业的发展推动了刀具业的发展。
1 涂层刀具的性能刀具涂层技术主要有2大类：化学气相沉积（cvd）涂层技术，物理气相沉积（pvd）涂层技术。
涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得。
常用的涂层材料有氮化钛涂层（tin）、氮碳化钛涂层（ticn）、氮铝钛或氮钛铝涂层（tialn/altin）、氮化铬涂层（crn）、金刚石涂层（diamond）等。
cvd涂层工艺温度约1000℃，主要用于硬质合金刀具（的表面涂层；pvd涂层工艺温度为500℃和500℃以下，主要用于高速钢刀具的表面涂层。
金刚石刀具生产工艺
金刚石刀具生产工艺
金刚石刀具生产工艺是指将金刚石作为刀具材料进行加工和制造的工艺流程。
金刚石是目前已知最硬的物质，具有非常优异的耐磨性，因此被广泛应用于刀具制造领域。
下面将介绍金刚石刀具生产的一般工艺流程，包括原材料准备、金刚石刀具粗加工、精加工、热处理和涂层等步骤。
首先，金刚石刀具的生产需要准备好金刚石颗粒和刀具基体材料。
金刚石颗粒可通过化学合成或天然矿石提取得到，而刀具基体材料则根据需要选择合适的金属材料，如高速钢、硬质合金等。
接下来是金刚石刀具的粗加工。
将金刚石颗粒与刀具基体进行混合后，通过高温高压的方式使金刚石颗粒牢固地固结在刀具基体上。
这一步骤通常使用烧结或镶嵌的方法进行。
然后是金刚石刀具的精加工。
通过磨削、切割、抛光等方法对已固结金刚石的刀具基体进行修整和加工，以达到所需的外形和尺寸精度。
这一步骤需要使用高精度的机床和磨具进行操作。
完成精加工后，金刚石刀具需要经过热处理来提高其硬度和耐磨性。
热处理可以通过淬火、回火等方法进行，以改善金刚石与刀具基体之间的结合强度，并使其具有更好的耐磨性能。
最后是涂层工艺。
涂层是在金刚石刀具的表面形成一层保护膜，用于提高其耐高温、耐磨和耐腐蚀等性能。
常用的涂层材料有金属氮化物、碳化物等。
涂层工艺通常采用物理气相沉积或化
学气相沉积等方法进行。
综上所述，金刚石刀具的生产工艺包括原材料准备、金刚石刀具粗加工、精加工、热处理和涂层等步骤。
通过这些工艺流程，可以制造出耐磨耐用的金刚石刀具，用于各种切削加工和磨削工艺中。
CVD金刚石涂层刀具切削性能的试验研究
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复杂曲面金刚石涂层刀具的制备与试验研究
金刚石刀具在数控机床中的应用
金刚石刀具在数控机床中的应用随着科技的不断进步和发展，数控机床在工业领域中扮演着重要的角色。
数控机床的出现大大提高了生产效率和加工质量，而金刚石刀具作为一种高性能的切削工具，在数控机床中的应用也越来越广泛。
本文将探讨金刚石刀具在数控机床中的应用，并分析其优势和挑战。
一. 金刚石刀具的基本特性金刚石刀具由金刚石颗粒和金属粉末经压制、烧结等工艺制成，具有极高的硬度、耐磨性和热稳定性。
这些特性使得金刚石刀具在切削加工中具备以下优势：1. 高硬度：金刚石刀具的硬度仅次于金刚石，可用于切削超硬材料如陶瓷和高硬度合金等。
2. 耐磨性：金刚石刀具具有出色的耐磨性，可在切削过程中保持较长的使用寿命。
3. 热稳定性：金刚石刀具具有良好的热稳定性，可承受高温切削环境下的工作，不易变形。
二. 金刚石刀具在数控机床中的应用领域1. 切削加工金刚石刀具广泛应用于数控机床的切削加工领域，包括车削、铣削、钻削、磨削等。
由于金刚石刀具的高硬度和耐磨性，可用于加工硬度较高的材料，如钛合金、高速钢等。
同时，金刚石刀具还能够提供更高的加工精度和表面质量。
2. 精密加工在数控机床的精密加工中，金刚石刀具的应用更能体现出其独特的优势。
例如，在汽车零部件的精密加工过程中，采用金刚石刀具可以实现更高的加工精度和更好的表面质量。
3. 工具磨损监测由于金刚石刀具的耐磨性较高，因此可以通过监测金刚石刀具的磨损情况，准确地评估刀具的使用寿命。
这对机床的保养和刀具的及时更换具有重要意义，可降低生产成本，并提高生产效率。
三. 金刚石刀具在数控机床中的挑战虽然金刚石刀具在数控机床中有广泛的应用前景，但面临着一些挑战和限制：1. 成本高昂：金刚石刀具的制造成本较高，所以其售价也相对较高，这给广泛应用带来了一定的限制。
2. 技术要求高：金刚石刀具的加工工艺复杂，需要高精度和高温高压的条件，所以其生产过程要求较高的技术水平。
3. 刀具表面质量难以保证：由于金刚石刀具的硬度很高，常规的抛光或修整技术难以完成对其表面的加工，从而可能会影响到加工表面质量。
CVD金刚石厚膜刀具切削性能的试验研究
［ ４ ］ 程军 ， 杨学 明。 杨晓勇 ， 等． 良渚文化玉器的稀土元素特征 及其考 古学意 义［ Ｊ ］ ． 稀 ±， ２ ０ ０ ４ ， ２ １ （ ４ ） ｔ ３ ５ － ３ ９ ． ［ ５ ］ 韩吟文， 马振东． 地球化学［ Ｍ］ ． 北京 ： 地质 出版社 ， ２ ０ ０ ２ ． ［ ６ ］ 吴瑞华 ｔ 张晓辉 。 李雯雯．新疆 和田玉和俄罗斯 贝加尔湖 地区软 玉的岩石特征学 研究 ［ Ｊ ］ ．岩石 矿物学 杂志．２ ０ ０ ２ ， ２ １ （ 增 刊） ：
和热 变形 。
切削试 验分 别在某 航 天行业 工 厂和北 京理 工大 学 进行 。试 验 用机 床 为 瑞士 制 造 的 ｓ ｈ ａ ｕ ｂ ｌ ｉ ｎ １ ２ ５型 精 密 车 床； 试验用 的 ４ 把 Ｃ ＶＤ金 刚 石厚膜 车刀 片采用 厚 度为 ０ ． ６ ａｍ 的 Ｃ ｒ ＶＤ金 刚石厚 膜焊 接在 硬质 合金 刀体 上 ， 刀 片 总厚度 为 １ ． ６ ， 用一 把 Ｃ ＶＤ金 刚石 厚 膜 车 刀 片加 工 硬 铝 合 金 ～ ６ ｍ， 进给量 厂 一０ ． ０ １ ｍｍ／ ｒ ， 切 削 速 度 一 １ ２ ０ ｍ／ ｍｉ ｎ 。切 削试验 结果 ： 被加 工 表面粗 糙度 ＝０ ． Ｏ ５ ｍ（ 提 高有 一定 限制 ） ， 表 明 用其 它 三 把 Ｃ ＶＤ金 刚石 厚 膜车 刀片分 别切 削三 种复 合材料 ： 酚 醛塑料 基玻 璃纤 维增 强 复合材 料 ｍ 的铝基 ｓ ｉ ｃ ｐ颗 粒增 强复 合 材料 。刀 片几何 角度为 ： ｇ ＝０ 。 ， ａ ＝６ 。 ， ｋ ｒ ＝７ ５ 。 ， ｋ ｒ ’ ＝１ ５ 。 ； 刀尖 圆弧 半径 ｒ ＝０ ． ３ ～Ｏ ． ３ ５ ａｍ。采 用 ｊ ｒ １ ９型 万 能工 具 显 微镜 检测 刀具 后 刀面磨 损带 宽度 。 结 果表 明 ， Ｃ ＶＤ金 刚石厚 膜刀 具在 半精 密 、 精 密 切 削 加工 中 ， 具有 比 Ｐ Ｃ Ｄ、 Ｐ ｃ Ｂ Ｎ 超硬 刀 具 更 好 的 耐 磨性
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２０１９年第 ３期 河 南 冶 金 · １ ５·
除沉积过程中元素 Ｃｏ对金刚石薄膜生长的不利影 响；（４）在丙酮溶液中超声清洗 ５ｍｉｎ。 １．２ 金刚石薄膜的制备
０ 前言 金刚石是目前已知的硬度最高的物质，其独特
的结构决定了它具有许多优异的物理化学性质，如 具有最高的硬度和杨氏模量，极高的耐磨性，超高的 热导率和 极 低 的 热 膨 胀 系 数，优 异 的 化 学 稳 定 性 等［１－２］。将金刚石作为涂层材料制备成金刚石涂层 刀具可以显著增强刀具的耐用度，提高刀具的使用 寿命，减少切削过程中的污染，实现绿色加工。金刚 石涂层刀具常用来加工陶瓷、碳纤维材料、钛合金等 非铁难加工材料，发达国家制造业中涂层刀具的使 用量已经超过 ７０％，国内的使用量较低，因此具有 广阔的 市 场 前 景 。 ［３－４］ 热 丝 化 学 气 相 沉 积 法 （ｈｏｔ ｆｉｌａｍｅｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＨＦＣＶＤ）是指用灼 热的钨丝或钽丝，加热分解碳物质，激活化学气相反 应来制备金刚石膜的一种工艺方法。热丝法设备操 作简单，工艺参数易控制，价格低廉，可以在各种复 杂形状刀具上沉积涂层，已经在国外得到了大规模 的商业化应用［５－６］。
ＳＴＵＤＹＯＮＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮＡＮＤＣＵＴＴＩＮＧ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥＯＦＤＩＡＭＯＮＤＣＯＡＴＥＤＴＯＯＬ
ＷａｎｇＳｈｉｗｅｉ ＬｕｏＮｉａｎｇａｏ ＣｈｅｎＺｈａｎｆｅｎｇ ＬｉＨｅｎｇ （ＣｏｌｄＲｏｌｌｉｎｇＬｉｍｉｔｅｄＬｉａｂｉｌｉｔｙＣｏｍｐａｎｙｏｆＡｎｙａｎｇＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ）
金刚石薄膜的制备在特制的热丝化学沉积装置 中进行，热丝化学气相沉积系统如图 １所示。进入 到真空反应室中的氢气和丙酮气体在热丝的作用下 分解为含碳基团，刀具通过夹具的夹持放置在样品 台上，含碳基团在特定的反应条件下沉积在刀具表 面形成薄膜，样品台内部循环水起到冷却降温的作 用，反应后的气体通过真空泵由出气口抽出。整个 反应过程中热丝的温度保持在 ２０００℃左右，刀具 顶端表面的温度保持在 ８５０℃左右，刀具顶端与热 丝的距离为 １０ｍｍ。沉积金刚石涂层刀具的参数见 表 １。
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍ ｉｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｃａｒｂｉｄｅｄｒｉｌｌｂｙｈｏｔｆｉｌａｍｅｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＨＦＣＶＤ），ＳＥＭ ａｎｄＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒａｒｅｕｓｅｄｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｔｈｅｐｒｅｐａｒｅｄｆｉｌｍ，ｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｅｐａｒｅｄ ｃｏａｔｅｄｍｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｅｒａｎｄｔｈｅｕｎｃｏａｔｅｄｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｍｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｅｒｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｗｏｃｕｔ ｔｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍ ｏｎｔｈｅｃｏａｔｅｄｔｏｏｌｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｕｎｉｆｏｒｍ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｃｏｍｐａｃｔ ｗｉｔｈｏｕｔｏｂｖｉｏｕｓｄｅｆｅｃｔｓ；ｉｎｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｅｄｔｏｏｌｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅｔｏｏｌ，ａｎｄｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｈａｓｂｅｅｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ＨＦＣＶＤ ｃａｒｂｉｄｅｍｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｅｒ ｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍ ｃｕｔｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
２０１９年 ６月 第 ２７卷 第 ３期
河 南 冶 金 ＨＥＮＡＮＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｊｕｎ． ２０１９ Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．３
金刚石涂层刀具的制备及其切削性能研究
王世伟 罗年高 陈战锋 李恒
（安阳钢铁公司冷轧有限责任公司）
摘要 利用热丝化学气相沉积法（ＨＦＣＶＤ）在硬质合金立铣刀上沉积金刚石薄膜，通过扫描电子显微镜和拉曼光 谱仪对制备的薄膜进行表征，并利用制备的涂层铣刀和未涂层的硬质合金铣刀进行切削实验以对比两种刀具的切 削性能。结果表明：涂层刀具上的金刚石薄膜连续均匀，结构致密，无明显缺陷；切削实验中，涂层刀具的耐磨性好 于硬质合金刀具，使用寿命有了明显地提高。 关键词 热丝化学气相沉积法 硬质合金铣刀 金刚石薄膜 切削实验
笔者在硬质合金立铣刀上利用热丝化学气相沉 积法沉积金刚石薄膜，制备金刚石涂层立铣刀，利用
扫描电子显微镜、拉曼光谱仪等仪器对制备的薄膜 进行表征，观察薄膜的表面形貌、厚度、晶粒大小和 薄膜质量。使用金刚石涂层铣刀和未涂层的硬质合 金铣刀进行切削实验，切削条件为无切削液的干切 削，使用光学显微镜观察刀具的磨损和测量后刀面 的磨损量来评判两种刀具的切削性能。 １ 实验方法 １．１ 基体的预处理