电镀金刚石工具的改进研究

电镀金刚石工具中存在的把持力不足、颗粒脱落等问题,严重影响了工具的使用寿命和效率.文章综述了国内外近年来发展起来的改进电镀金刚石工具性能的方法,归纳成以下三大类:1、改进镀层胎体材料性能,提高镀层对金刚石的支撑和结合作用;2、通过提高金刚石与胎体的接触面积,消除金刚石与镀层之间的空隙;3、对金刚石颗粒表面处理,使金刚石与镀层间形成化学键结合.文中对各种方法进行了详细的描述,对一些有潜能的方法进行了推荐,以期读者对电镀金刚石工具的改进方法有一个全面系统的认识.     

玻璃磨削中电镀金刚石工具的磨损

以镍钴合金为结合剂制备了电镀金刚石工具,对平板玻璃进行了磨边实验,用扫描电子显微镜观察电镀金刚石工具的磨损状态。在玻璃加工过程中,金刚石工具的磨损分为金刚石磨损和结合剂磨损两种情况。金刚石的磨损形式包括：破碎,磨平以及脱落。结合剂的磨损为：在金刚石颗粒的前方形成较深的凹坑,两侧形成较浅的凹坑,金刚石磨粒的后面则形成结合剂的隆起。随着磨削过程的进行,工具的结合剂逐渐被磨除,玻璃磨屑的颜色也相应的由白色向黑色变化。研究结果表明,制备电镀金刚石工具时,电镀结合剂与金刚石磨粒磨损应保持同步,充分发挥金刚石工具的切削作用。     

金刚石工具中金刚石与胎体结合力的提高方法

由于金刚石具有高硬度、高强度、高耐磨性等一系列优异的物理化学特性,被广泛地用来制备金刚石工具.但金刚石工具中存在的把持力不足、颗粒脱落、氧化、石墨化等问题,严重影响了工具的使用寿命和效率.文章介绍了提高金刚石工具中金刚石与胎体结合力的两大类方法:用表面金属化、表面粗化方法提高金刚石与胎体机械镶嵌力;用气相沉积法、化学镀而后热处理法、盐浴法使金刚石与金属形成化学键结合.通过实施以上方法可以有效地解决金刚石工具中颗粒的结合力问题.     

多切削刃金刚石颗粒烧结试验研究

为提高金刚石工具的锋利度和加工效率，延长其使用寿命，采用低温烧结的方法对金刚石颗粒表面进行多刃化处理。使用扫描电镜照片和质量损失率对不同烧结工艺的金刚石颗粒多刃化效果进行表征，并进行了碳化硅晶片研磨试验。结果表明:金刚石颗粒多刃化处理的最佳烧结工艺为:烧结温度750 ℃，烧结时间480 min，期间通10 kPa氧气2次，每次通气2 min，通气间隔2 h。在此条件下可获得大小适中，凹坑分布均匀的多刃化金刚石颗粒表面。碳化硅晶片研磨试验证明:多刃化金刚石颗粒与常规金刚石颗粒相比，材料去除率可提高1.1倍，研磨后晶片表面粗糙度R_a约为常规金刚石颗粒的24%，多刃化处理可显著提高金刚石颗粒研磨碳化硅晶片的抛光效率和精度。      

电镀金刚石工具的应用现状及改进研究

分析了电镀金刚石工具的失效机理,并对影响电镀金刚石工具使用寿命的因素及其改进措施进行归纳总结,讨论了改善电镀金刚石工具性能的主要方法及其在工业生产,特别是采矿业和石材加工领域的应用情况。针对目前存在的主要问题并结合实践应用要求,提出了未来电镀金刚石工具研究和开发的重点。     

超声波对电镀金刚石工具性能的影响

分别在有超声波和无超声波条件下,制备了镍镀层和电镀金刚石工具。采用显微硬度计测试了镍镀层硬度,采用热震法和锉削法测试镀层与基体的结合强度,用显微镜观察镀层金相组织,计算了工具磨削比。研究结果表明:在电镀金刚石工具制备过程中,应用超声波可以细化镀层晶粒,提高镀层硬度,增强镀层与基体的结合强度。上砂前应用超声波可提高电镀金刚石工具磨粒密度和工具的磨削比。     

电沉积纳米镍-钻合金在金刚石工具制备中的应用研究

采用纳米镍一钴镀层制备电镀金刚石工具以期提高工具的性能。通过考察脉冲参数、细化添加剂、硫酸钴对镀层显微硬度的影响,得出结论：细化添加剂、硫酸钴都能细化晶粒,两者有竞争关系;改变峰值电流密度和开通时间可以细化晶粒,脉冲周期过短会造成晶粒粗化。镀层中钴的质量分数为9％,表面较光整,平均晶粒尺寸在14nm左右,显微硬度达到609HV。确定了制造金刚石工具最佳的电镀工艺参数,由其制得的工具平均寿命比纳米镍镀层材料工具高16％。     

金刚石表面电镀镍铁合金工艺研究

在金刚石表面镀一层均匀的镍铁合金镀层,以增强金刚石颗粒的物理化学性能.重点介绍了在金刚石颗粒上实现高质量镍铁合金镀层需要注意的一些问题.设计一种改进的滚镀装置,解决了传统金刚石电镀装置的弊病.在金刚石表面化学镀一层很薄的金属镍,然后利用滚镀装置并严格控制一定的工艺,在60～70目的金刚石颗粒表面获得了一层镀层均匀、厚度达10～200μm、含铁量在20%～25%的高硬度镍铁合金.试验的关键因素是要控制好温度、pH值、电流密度以及防止铁阳极污染镀液.     

电沉积纳米镍-钴合金在金刚石工具制备中的应用研究

采用纳米镍-钴镀层制备电镀金刚石工具以期提高工具的性能。通过考察脉冲参数、细化添加剂、硫酸钴对镀层显微硬度的影响,得出结论:细化添加剂、硫酸钴都能细化晶粒,两者有竞争关系;改变峰值电流密度和开通时间可以细化晶粒,脉冲周期过短会造成晶粒粗化。镀层中钴的质量分数为9%,表面较光整,平均晶粒尺寸在14nm左右,显微硬度达到609HV。确定了制造金刚石工具最佳的电镀工艺参数,由其制得的工具平均寿命比纳米镍镀层材料工具高16%。     

电镀金刚石线锯切割光伏多晶硅的表面特性与锯丝磨损分析

电镀金刚石线锯切割的光伏多晶硅切片表面特性,影响其断裂强度和后续的制绒工艺;为探究线锯锯切工艺参数对多晶硅切片表面特性的影响规律,揭示电镀金刚石锯丝的磨损机理,开展了光伏多晶硅的电镀金刚石线锯切片试验。研究结果表明:锯切的多晶硅表面存在由金刚石磨粒的塑性剪切、微切削去除形成的塑性浅划痕与较深的沟槽,及材料脆性去除留下的表面破碎微凹坑;切片表面材料的塑性去除和脆性去除相对比例随工艺参数组合变化而变化,增大晶片进给速度,降低走丝速度,切片表面粗糙度增大,表面形貌逐渐由塑性沟槽为主转变为以破碎微凹坑为主;使用表面镀镍(金属化)的金刚石颗粒制备的电镀金刚石锯丝的磨损形态在稳定阶段主要是磨粒磨平,使用后期主要是磨粒脱落和镀层磨损。      

金刚石涂层刀具加工石墨的切削性能

为充分对比不同类型金刚石涂层刀具的切削性能,定制几种不同类型金刚石涂层刀具进行等静压石墨切削加工,并与WC硬质合金刀具和TiAlN涂层刀具的切削情况对比,分析不同类型金刚石涂层刀具的涂层形貌、切削寿命、加工后的表面质量以及切削力。结果表明:制备的金刚石涂层刀具的涂层形貌主要为纳米晶和微晶,其寿命是硬质合金和TiAlN涂层刀具的10倍以上,且几种不同类型的金刚石涂层刀具寿命差异较小;金刚石涂层表面的晶粒细化可以降低加工表面的粗糙度和切削力,涂层脱落是金刚石刀具的主要磨损形式。      

钎焊法制造金刚石单层工具的研究

含强碳化物形成元素合金对金刚石表面浸润的机理与金刚石表面金属化技术是钎焊制造单层金刚石工具的技术基础。由于金刚石颗粒被强力焊接及其出刃突出,并可有序排布决定了钎焊单层金刚石工具具有磨削效率高、工具寿命长的基本特点。本文以三种金刚石工具为例,详细介绍了钎焊法制造金刚石工具的工艺。并与电镀金刚石工具进行了对比。     

微米及纳米金刚石涂层扁钻的制备及其切削性能

目的研究微米金刚石薄膜(Microcrystalline diamond film,MCD film)和纳米金刚石薄膜(Nanocrystalline diamond film,NCD film)的微观组织结构和表面质量,以及由两种薄膜涂覆制成的微米金刚石涂层扁钻(MCD coated spade drill)和纳米金刚石涂层扁钻(NCD coated spade drill)在切削碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)时的切削性能。方法采用热丝化学气相沉积法在硬质合金扁钻上分别制备MCD薄膜和NCD薄膜。使用扫描电子显微镜观察金刚石薄膜的表面和横截面形貌,利用白光干涉表面轮廓仪测量薄膜的表面粗糙度值,使用拉曼光谱仪检测薄膜的结构成分,利用X射线衍射仪(XRD)检测薄膜的晶体结构和晶面取向,通过切削实验分析无涂层刀具和微、纳米涂层刀具的切削性能。结果制成的MCD和NCD薄膜涂覆均匀,两种薄膜的厚度都为8μm,晶面取向均以(111)面和(220)面为主。MCD薄膜晶粒棱角分明,平均晶粒尺寸为2~3μm,NCD薄膜的表面更光滑,平均晶粒尺寸为100 nm。MCD和NCD薄膜测定区域的表面粗糙度值分别为0.4μm和0.24μm。在相同的切削条件下,无涂层刀具钻削30个孔后,刀具已经达到了报废标准,不能继续使用。两种金刚石涂层刀具各钻削50个孔后,MCD和NCD涂层刀具后刀面的最大磨损量分别为0.192 mm和0.093 mm,均没有超过磨钝标准VB=0.2 mm(后刀面磨损带宽度),其中NCD涂层刀具的耐磨性最好。结论 MCD和NCD薄膜,尤其是NCD薄膜,能够有效地提高硬质合金刀具的耐磨性,延长刀具的使用寿命。     

Effects of diamond magnetism on the microstructure of electrodeposited diamond composites

Electroformed diamond tools have been used for many years in grinding and cutting fields while electrodeposited diamond composite coatings have been widely studied due to their desirable hardness, wear and corrosion resistance. This article reports the detrimental impact of diamond magnetism on the composites microstructure and gives explanations. Microstructure differences between composites that, respectively, contained no - further - treated diamond, magnetism - strengthening treated diamond and magnetism weakening treated diamond were carefully observed. It is shown that diamond magnetization treatment drastically harms the composite microstructure （e. g. , roughening the coating surface, coarsening the matrix grain, and more seriously, reducing the mechanical retention of diamond grains in the matrix） while demagnetization treatment does the opposite. All the observed facts could be explained by the electromagnetic interaction between magnetic fields produced by magnetic diamond grains and electric current （moving cations） during the electrodeposition process.     

等离子体技术在提高硬质合金工具上金刚石薄膜附着力方面的应用

金刚石薄膜具有优异的性能，作为切削工具表面的保护性涂层，可以大幅度提高工具的使用寿命以及加工精度。硬质合金是一种广泛使用的工具材料，在其表面沉积高附着力的金刚石薄膜时存在着困难。等离子体中离子、原子或分子具有高的反应活性，等离子体技术在金刚石薄膜的制备中有着广泛应用。利用等离子体技术可以极大的消除因金刚石薄膜与硬质合金基体之间存在热应力以及由硬质合金中的钴粘结剂在化学气相沉积金刚石薄膜过程中的促石墨化作用而产生的不利影响，提高金刚石薄膜与硬质合金基底之间附着力。本文综述了等离子体技术在提高硬质合金工具表面金刚石薄膜附着力方面的研究进展。     

研磨刀架结构对金刚石刀具刃口质量的影响

金刚石刀具刃口锋利度和刀面表面粗糙度对所加工零件的质量有着重要影响。较好的研磨刀架结构将有助于降低因刀架而产生的振动扰动,获得高质量的刀具刃口。通过改进刀架结构,使刀具刃口锋利度从300 nm提高到了50 nm,表面粗糙度从15 nm提高到了0.5 nm,刀具刃口质量得到了明显改善。     

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。     

PCD和CVD金刚石刀具切削性能对比及失效机理初探

通过切削实验,观察切削前后刀具的表面和刃口形貌、金刚石刀片组成成分、以及被加工工件表面粗糙度,比较两种刀具的切削性能,探讨其失效机理。结果表明:在同等条件下,CVD金刚石刀具的切削性能要明显优于PCD刀具。在车削过程中,PCD刀具的失效机理主要是结合剂与被加工材料中化学成分发生化学反应使结合剂流失,导致刀具结构疏松,从而导致磨粒团脱落。CVD刀具的失效机理为产生变质层磨损。切削过程中随着加工时间的进一步延长,切削区温度不断升高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成变质层,从而带来切削过程中刀具的磨损;同时高温状态下CVD金刚石的晶界疲劳破坏,也可能会造成CVD金刚石刀具的磨损失效。     

聚晶金刚石复合片的磨损规律

通过观察切削花岗岩过程中聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的磨损过程和磨损形貌,研究PDC刀具的磨损规律。研究结果表明:切削花岗岩时,受切削力及其冲击的作用,PDC刀具产生近乎平行岩石表面的磨损形式,磨损机理为机械作用引起聚晶金刚石层微观裂纹产生并扩展而导致的金刚石颗粒的微观破碎。