刀片材质CVD涂层合金
CVD金刚石刀具的研究与应用
CVD金刚石刀具的研究与应用CVD金刚石（Chemical Vapor Deposition Diamond）是一种利用化学气相沉积技术合成的人工金刚石材料。
与天然金刚石相比，CVD金刚石具有独特的优势和广泛的应用领域。
本文将重点介绍CVD金刚石刀具的研究与应用。
CVD金刚石刀具具有极高的硬度、耐磨性和化学惰性。
这些特性使其在各种切削、磨削和打磨应用中具有优势。
其强大的切削能力可以在高速切削工况下实现高效率的加工。
与传统硬质合金和陶瓷刀具相比，CVD金刚石刀具的寿命更长，切削性能更稳定。
首先，CVD金刚石刀具在加工硬脆材料方面具有独特的应用优势。
硬脆材料如陶瓷、玻璃和石英等在传统切削方法下容易引起破碎和损伤。
而CVD金刚石刀具的高硬度和尖端设计可以降低加工过程中的切削力，减小材料的损伤风险。
此外，CVD金刚石刀具还可以实现微米级甚至纳米级的精确加工，适用于高精度的制造领域。
其次，CVD金刚石刀具在高温、高速加工领域具有广泛应用。
由于CVD金刚石的热导率高，热膨胀系数小，能够在高温工况下保持较好的切削性能。
因此，CVD金刚石刀具常用于高速铣削、高温磨削和高温腰切等加工领域。
其优秀的热稳定性使其可以在高温合金、陶瓷复合材料和石墨等高温材料的加工中发挥优势。
此外，CVD金刚石刀具还具有较高的化学惰性。
在加工工艺中，有些材料容易粘附在刀具表面，降低切削质量和效率。
而CVD金刚石刀具具有良好的抗粘附性，能够有效降低切削力，延长工具寿命。
CVD金刚石刀具的研究主要包括材料制备技术、切削工艺优化和刀具设计等方面。
材料制备技术包括CVD方法和热压合成等。
CVD方法是目前主流的CVD金刚石刀具制备技术，能够在大面积基底上均匀生长金刚石薄膜。
切削工艺优化包括切削参数的优化和切削液的选择等，通过合理的工艺参数和润滑措施，可以更好地发挥CVD金刚石刀具的性能。
刀具设计方面，可以通过改变刀具几何形状和刀具涂层结构等，进一步提高刀具的性能。
CVD金刚石膜刀具制造技术及其应用
CVD金刚石膜刀具制造技术及其应用化学气相沉积(CVD)金刚石作为一种新型超硬刀具材料，为金刚石刀具的应用开辟了新的途径。
CVD金刚石刀具主要有两种类型：CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜焊接刀具。
目前来说，CVD金刚石厚膜刀具的应用比较广泛。
一、CVD金刚石薄膜涂层刀具CVD金刚石薄膜涂层刀具是指通过CVD方法在一定温度下使金刚石沉积于某些基体(通常为K类硬质合金)刀片上的刀具，其金刚石膜厚度约为10～30μm。
CVD金刚石薄膜涂层刀具因金刚石厚度较薄，难于刃磨，前、后刀面及刃口质量较差，只适用于粗加工、半精加工和复杂形状刀具。
粗加工的切削较大，当金刚石与基体间的附着力不足以抗拒切削力的破坏时，金刚石膜就会脱落。
这种刀具加工出的工件表面粗糙度一般大于Ra0.2μm。
尽管目前国内CVD薄膜涂层刀具的应用尚处于萌芽状态，但随着CVD金刚石生长技术的提高，CVD金刚石基团颗粒的大小已经由40～50μm缩小到十几甚至几个纳米，从而出现了纳米金刚石。
如美国阿贡国家实验室(Argonne Nat. Lab)的Dr. Gruen D.M已经生长出质量良好、表面为镜面(表面最高峰与最低峰间距为15nm)、任意厚度的纳米金刚石膜，而且其涂层的附着力足够。
相信其对涂层刀具的应用有所促进。
二、CVD金刚石厚膜焊接刀具CVD金刚石厚膜焊接刀具是先把切割好的CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。
制造工艺流程：高品质的CVD金刚石膜的制备→激光切割→一次焊接成复合片→复合片抛光→二次焊接至刀体上→刃磨→检验。
下面介绍几个关键工序，如切割，焊接，抛光和刃磨等。
1.激光切割CVD金刚石膜硬度高、不导电(现已有导电型CVD金刚石，但其电阻率很大)、耐磨性极强，常规的机械加工和线切割等方法不适合于CVD 金刚石厚膜的切割。
CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展
CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展发布时间：2021-05-31T13:48:15.743Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：王冲[导读] 摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。
河冶住商工模具有限公司河北石家庄 050000摘要：CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用金刚石作为刀具制作的重要原料，是提高刀具使用效率和使用质量的重要方法，通过对CVD 金刚石涂层硬质合金刀具的研究发现，当前限制这种刀具推广的问题为应用金刚石涂层粘合性较差，金刚石成分与刀具表层贴合度较低的情况。
本文对CVD金刚石涂层硬质合金刀具使用中存在的问题及相应的解决方式进行总结，希望通过对刀具的合理使用来提高CVD金刚石涂层硬质合金刀具的使用范围和使用能力。
关键词：刀具应用；技术应用创新；刀具粗糙程度随着近年来工业应用发展对金属合金材料的刀具的质量要求越来越高，使用硬质合金材料进行刀具建设工作能够有效提高刀具使用效率。
金刚石材料具有硬度高、传导热量的速度快、产生的摩擦性较低，且耐热性能好的特点，能够更好的适应现代工业刀具使用的各项要求。
CVD金刚石是一种化学气相沉积所形成的材料，使用CVD金刚石进行刀具表层的建设能够更好的增强刀具的硬度，改变刀具建设的复杂程序，通过将CVD与各种复杂形状的刀具进行组合，有效的简化刀具制作步骤，降低建设成本。
一、CVD金刚石涂层硬质合金刀具的应用分析CVD金刚石涂层硬质合金刀具利用化学气相沉积的原理，将刀具表层与CVD金刚石进行融合，通过将CVD气相沉积于刀具表面的方式增强刀具的硬度和切割精确度，提高合金刀具原有的使用性能。
CVD金刚石的合金与刀具之间粘合能力较差，不利于硬质合金刀具的顺利制作。
涂层刀具的种类
涂层刀具的种类
根据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学气相沉积(CVD)涂层刀具和物理气相沉积(PVD)涂层刀具。
涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法，沉积温度在1000℃左右。
涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度在500℃左右；
根据涂层刀具基体材料的不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料(石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。
根据涂层材料的性质，涂层刀具又可分为两大类，即“硬”涂层刀具和软”涂层刀具。
“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性，其主要优点是硬度高、耐磨性能好，典型的是TiC和TiN涂层。
“软”涂层刀具追求的目标是低摩擦系数，也称为自润滑刀具，它与工件材料的摩擦系数很低，只有0.1左右，可减小粘接，减轻摩擦，降低切削力和切削温度。
＊近开发了纳米涂层 (Nanoeoating)刀具。
这种刀具破损可采用多种涂层材料的不同组合 (如金属／金属、金属／陶瓷、陶瓷／陶瓷等)，以满足不同的功能和性能要求。
设计合理的纳米涂层可使刀具材料具有优异的减摩抗磨功能和自润滑性能，适合于高速干切削。
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CVD金刚石涂层硬质合金刀片的基体预处理方法进展
第18卷第1期V ol.18 N o.1硬 质 合 金CEM EN T ED CA RB ID E2001年1期J an. 2001综合评述CVD金刚石涂层硬质合金刀片的基体预处理方法进展Ξ匡同春ΞΞ 成晓玲 白晓军 刘正义 (广东工业大学,广州,510090) (华南理工大学,广州,510641)代明江 周克崧(广州有色金属研究院,广州,510651)摘 要 全面概述了CVD金刚石涂层硬质合金刀具的开发现状、存在的主要问题,重点对硬质合金刀具表面预处理方法的研究现状进行了综述。
关键词 金刚石膜 硬质合金刀片 预处理1 引 言CVD金刚石膜是一种超硬的多功能材料,具有高硬度、高导热率、低摩擦系数、低热膨胀系数、高化学稳定性等优点,是一种理想的刀具材料。
用作刀具涂层开发出的CVD金刚石涂层硬质合金刀片,特别适合于加工有色金属及合金、非金属材料、复合材料等难加工材料。
CVD金刚石膜用作刀具涂层被认为是能最早实现其工业化应用的领域之一,CVD金刚石涂层刀具通常采用韧性好、强度高的硬质合金刀片作基体,涂层厚度一般在20Λm以下。
早在1988年10月在东京召开的第一届国际新金刚石科技大会上,日本旭(A sah i)金刚石工业公司就展示了一系列引人注目的金刚石涂层硬质合金工具,采用电子激活CVD法(EA CVD法),在工具上涂覆了5～50Λm厚的金刚石膜,用这种材料制作的铰刀和钻头,其寿命可提高10倍。
1990年9月在华盛顿召开的第二届新金刚石科技研讨会(I CND ST -2)上,维也纳理工大学的B enno L ux教授阐述了他们在烧结硬质合金刀具上沉积CVD金刚石所取得的进展,发现这种刀具用于切割印刷线路板,其磨损几乎与D e B eers公司SYND IT E多晶人造金刚石复合材料一样的慢。
在1993年美国西部金属及工具博览会(W estec’93)上,最引人注目的新产品是金刚石涂层刀片,这些刀具由美国目前生产此类刀具的两家公司C rystallum e和N o rton D iam ond F il m展出,引起其它工具制造厂家的关注,这些刀具最适合加工高硅铝合金。
PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验研究
PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验
研究
杨剑;吴张欣;严亮;李炳蔚;高培文;雷学林;何云
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2024(58)3
【摘要】2Cr13不锈钢是一种典型的难加工材料。
在其铣削加工过程中,存在铣削力大、铣削温度高、加工硬化趋势强、切屑黏附性强、刀具磨损严重等问题。
选用AlCrN(PVD)和TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN(CVD)两款不同涂层的RCKT 1606圆形铣刀片,对2Cr13不锈钢进行铣削实验,并分析这两款涂层加工不锈钢的磨损性能及失效机理。
结果表明:TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN涂层刀片铣削加工10m以后,两个刀片的后刀面磨损量均超过了0.3mm,且切削刃发生崩刃失效;AlCrN涂层刀片铣削
10m后,两个刀片的后刀面磨损量均超过0.12mm;在2Cr13不锈钢的铣削加工中,使用AlCrN(PVD)涂层可以有效提高刀具的切削寿命。
【总页数】5页(P64-68)
【作者】杨剑;吴张欣;严亮;李炳蔚;高培文;雷学林;何云
【作者单位】中国船舶集团有限公司第七一一研究所;华东理工大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG714;TH117
【相关文献】
1.CVD金刚石涂层刀具在石材铣削中的磨损特性研究
2.TiAlN涂层硬质合金可转位刀具快速铣削钛合金刀片磨损研究
3.PVD涂层硬质合金刀具加工2Cr13性能对比试验研究
4.PVD-AlTiN涂层刀具高速干铣削高温合金的磨损机理研究
5.硬质合金涂层刀片铣削AISI410不锈钢刀具寿命研究
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CVD金刚石刀具材料的制备、性质与应用
Ａｒ ｉｓｅｓ ｂ ｓｅＮｗ ａｖ
■ 叠 曩 ■ 团 嗣
传 统 的ＣＶＤ法 是 以 大 量 氢 气 为 主 要 反 应 气
体 ，同 时加 入 少 量 的碳 源 气 体 （ 于５ ，沉积 出 少 ％）
３３要解 决大面 积沉 积 过程 中厚 膜 内应力 大 、圆 片 ． 易开 裂 、热 丝 易 断裂 、生 长 不均 匀 、生 长速 率低 等 技术 难题 ，长 期 以来 一直 困扰 着制造 商 。 ３４Ｃ Ｄ金 刚石 厚膜 与硬质 合 金基体 之 间 的焊 接 强 ． Ｖ
Ｎｏｔｎ 司宣 称 ，其 牌 号 为Ｄｉｍａ ａ 的Ｃ ｒ 公 ｏ ａ Ｐ ｋ ＶＤ
３６干 切 削是 未来 切 削的主 要方 向。随 着切 削速 度 ． 的提 高 （２０ ０ｍ／ ｎ ９ ０ ｍｉ ），Ｃ ＶＤ厚膜 切 削刀具 会 成 为干 式高速 切 削某些新 材料 的首 选工 具 。 ］
１０ ２ ０ ｔ ％～ ０ ％ 源自 ０美 国ＮｏｔｎＦｌ 司推 出的牌 号 为Ｄｉｍａ ａ ｒ ｉ ｏ ｍ公 ａ Ｐｋ 的Ｃ Ｄ金 刚石 复 合片 ，也 是０３ Ｖ － ｍｍ或 ０５ｍｍ厚度 ． 的Ｃ ＶＤ金 刚石 层 焊 接 到硬 质 合 金 基底 上 ，刀 片 总 厚度 为 １ ．ｍｍ，可 根据 用户 需要 提供 各种 形状 。 ６
小 晶粒 尺 寸 。在 纳 米 金 刚石 生 长 中 ，Ｃ 是 重 要 的 ２ 参与 者与 决定 性 的成分 。 Ｊ
度 ，是 决 定Ｃ ＶＤ刀具 用 于 断续 切 削 这种 高 要 求机
械 加工 的关键 。
Ｃ ＶＤ金 刚 石 用 于 切 削有 两 种 形 式 ： 聚 晶质 Ｃ ＶＤ金 刚 石 薄膜 和 单 晶质 Ｃ 金 刚石 厚膜 ，可切 ＶＤ 割成 不 同形状 。单 晶 质Ｃ ＶＤ金 刚 石 切割 工 具 主要 用于 加 工 强 度 高而 质 量 轻 的结 构材 料 ，如 金 属基 体 复合 材 料（ ＭＭＣ ） ，存 在 的 问题是 不能制 成 形 Ｓ等
硬质合金刀具的CVD(化学气相沉积)技术真空涂层技术
硬质合金刀具的CVD(化学气相沉积)技术真空涂层技术1. 摘要2. 真空涂层技术的发展真空涂层技术起步时间不长，国际上在上世纪六十年代才出现将CVD(化学气相沉积)技术应用于硬质合金刀具上。
由于该技术需在高温下进行(工艺温度高于1000ºC)，涂层种类单一，局限性很大，因此，其发展初期未免差强人意。
到了上世纪七十年代末，开始出现 PVD(物理气相沉积) 技术，为真空涂层开创了一个充满灿烂前景的新天地，之后在短短的二、三十年间PVD 涂层技术得到迅猛发展，究其原因，是因为其在真空密封的腔体内成膜，几乎无任何环境污染问题，有利于环保；因为其能得到光亮、华贵的表面，在颜色上，成熟的有七彩色、银色、透明色、金黄色、黑色、以及由金黄色到黑色之间的任何一种颜色，可谓五彩缤纷，能够满足装饰性的各种需要；又由于 PVD 技术，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工装、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外， PVD 涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，因此，应用范围十分广阔，其发展神速也就不足为奇。
真空涂层技术发展到了今天还出现了PCVD(物理化学气相沉积)、MT-CVD(中温化学气相沉积)等新技术，各种涂层设备、各种涂层工艺层出不穷，如今在这一领域中，已呈现出百花齐放，百家争鸣的喜人景象。
与此同时，我们还应该清醒地看到，真空涂层技术的发展又是严重不平衡的。
由于刀具、模具的工作环境极其恶劣，对薄膜附着力的要求，远高于装饰涂层。
因而，尽管装饰涂层的厂家已遍布各地，但能够生产工模涂层的厂家并不多。
再加上刀具、模具涂层售后服务的欠缺，到目前为止，国内大多数涂层设备厂家都不能提供完整的刀具涂层工艺技术(包括前处理工艺、涂层工艺、涂后处理工艺、检测技术、涂层刀具和模具的应用技术等)，而且，它还要求工艺技术人员，除了精通涂层的专业知识以外，还应具有扎实的金属材料与热处理知识、工模涂层前表面预处理知识、刀具、模具涂层的合理选择以及上机使用的技术要求等，如果任一环节出现问题，都会给使用者产生使用效果不理想这样的结论。
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比例
14.8
基底材质 硬度 (GPa)
抗崩损 韧性 (MPa∙m1/2)
横向强度 (MPa)
16.4 10.0 3,000
特性
・铸铁的高速加工，连续－轻断续加工。 ・5
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
15.2
12.0
2,750
・球墨铸铁的高速加工，连续－轻断续加工。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，长寿命加工。
刀片材质
CVD 涂层硬质合金
刀
片 材
● CVD 涂层硬质合金
化学物沉积
质
京瓷公司的尚乐特 CVD 涂层硬质合金材质使用了陶瓷的薄膜涂层技术，
提供稳定和有效的加工，从高速加工到重断续加工都适用。
反应炉
C
加热器 产品（刀片）
V
● 特点
N2
D 涂 层
• 从 低速到高速，从精加工到粗加工都可使用。 • 通过高韧性和抗崩损性实现稳定加工。
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.1
金色 柱状构造 TiCN+Al2O3+TiN 14.7
13.7 13.1 15.0
12.0 16.5 12.0
2,780 2,970 2,780
・钢加工中，粗加工－断续加工的通用涂层。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，高可靠性加工。
CR系列
CA5515 CA5525
CA5025 CR7015
CR7025 CR9025
CA5535
CA6015 CR7015 CR9025
CA4115 CA4120
CR7015
CA6015 CR7015
18
■ 切削数据
FCD450
外圆与端面粗加工 (间断加工)
• 减速器箱 • V = 400m/min • d = ~ 2.0mm • f = 0.4mm/rev • 湿式 • CNMG120412ZS
CA4120
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
15.2
CA5505
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
17.0
12.0 10.0
2,750 2,540
・球墨铸铁加工，粗加工，断续加工。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，高可靠性加工。
・钢的高速连续加工。 ・微细柱状组织带来的耐磨损性提高，长寿命加工。
SS41
• 六角材质
• V = 150 ~ 180m/min
60
• d = 1.5mm
• f = 0.2 ~ 0.3mm/rev
• 湿式
• CNMG120408GS
30
ø20 ø70 ø100
CA5515
300 个/刃
其他公司的涂层 F
200 ~ 250 个/刃
• CA5515所加工工件为其他公司的F的1.5倍。 • 比起其他公司的F，CA5515具有稳定的工具寿命而不出现崩损。
CA5525
60 个/刃
其他公司的涂层 G
20 ~ 30 个/刃
• 六角原料切削
• CA5525所加工工件为其他公司的G的2-3倍。
• CA5525的切削切刃状况较其他公司的G更佳，甚至能在切削60个/刃 后进一步加工。
19
刀 片 材 质
FCD700 倒角加工
C
•轴
V
• V = 330m/min
D 涂
• d = ~ 1.5mm
25
30
层
• f = 0.3mm/rev
硬
• 湿式
质 合
• DNMG150408ZS
金
ø160 ø40
CA4120
90 个/刃
CA4120
150 个/刃
其他公司的 J
40 个/刃
• CA4120 将工具寿命提高为其他公司的J的两倍(K20 材质CVD)。 • CA4120的切刃状况较其他公司的J更佳，加工数量提高。
轻断续加工
断续加工
● 铸铁加工
FC
被
切 削
FCD 350
~
材 500
料 FCD
550
~
700
加工形态
FC加工用
CA4010
NEW!
FCD加工用
CA4115
NEW!
FCD加工用
CA4120
连续加工
轻断续加工
断续加工
■ 应用
被加工材料
一般钢 (碳素钢／合金钢)
不锈钢 (不锈钢／钢铸物)
铸铁 (灰口铸铁／球墨铸铁)
难于加工材料 (钛合金／镍合金)
切削范围
精加工
粗加工 精加工
粗加工 精加工
粗加工 精加工
粗加工
JIS（日本工业规格）分类 P01 P10 P20 P30 P40 M01 M10 M20 M30 M40 K01 K10 K20 K30 S01 S10 S20 S30
CA5505
CA4010
涂 CA系列 层 硬 质 合 金
其他公司的 K
100 个/刃
• CA4120表现出其他公司的K 1.5倍的工具寿命 (K20 材质CVD)。 • CA4120显示其切刃状况较其他公司的K更佳，加工数量提高。
其他公司的 J
CA4120
其他公司的 K
CA4120
S45C
• 轮缘 • V = 220m/min • d = 0.8 ~ 1.5mm • f = 0.15 ~ 0.35mm/rev • 湿式 • DNMG150412HQ
CA5515
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.7
15.2
12.0
2,750
・覆盖了钢加工的粗加工－精加工的广泛范围。 ・微细柱状组织带来耐崩损，耐磨损性提高，耐崩损性重视，长寿命加工。
CA5525 CA5535 CA6015
金色
微型柱状构造 TiCN+ Al2O3+TiN
14.5
・钢的重切削－强断续加工。 ・通过微细柱状组织与高破坏韧性母材，提高耐崩损性。
・不锈钢的高速加工。 ・兼顾高温强度与韧性的专用母材。
■ 适用材料种类图
● 钢加工
P05
使
用 分
P15
类
的 P25 标
准
P35
CA5505 NEW!
NEW!
CA5515
NEW!
CA5525
NEW!
CA5535
加工形态
连续加工
CH4 真空泵
硬
• 通过各种冲压断屑槽控制切屑更好，并且使减少加工时间成为可能。
H2 TiCl4
Trap
质
合
金
● 特性
①表面均匀分布 ②多层沉积施涂简单 ③极佳的抗崩损性
加工温度 : 900 ~ 1100°C
■ CVD 涂层硬质合金的特性
符号
CA4010
颜色 金色
涂层构成
柱状构造 TiCN+Al2O3+TiN