金刚石涂层木工刀具的研究——涂层刀具摩擦系数及切削力试验

1．引青高速工具钢和硬质合金是木材工业最受欢迎的刀具材料。随着木质复合材料的发展和难加工材料的出现，以上刀具材料的耐磨性不能满足生产的需要。在正常切削过程中，常常出现工件表面起毛、纤维援起、撕裂，甚至烧焦发黑等现象。这是因为刀具很快磨损变钝所致高温高压合成的聚晶金刚石是用来制造刀具的一种超硬材料。尽管其韧性很差，但硬度很高，红硬性好，耐磨性大约是碳化钨硬质合金刀具的IOO～250倍。金刚石涂层刀具是把金刚石的高硬度和抗磨性与传统刀具材料的韧性和抗冲击性结合起来，既具备良好的冲击韧性，又有极高的耐磨性…     

微粒金刚石烧结体刀具的切削性能

电气、光学制品都是由非常精密的元件组成的,随着产品小型轻量化向更高层次发展,正在谋求元件精度的进一步提高。加工这类元件一般使用单晶金刚石刃口刀具,但由于单晶的缘故,随结晶取向而表现出解理性,加工中刀尖时而会发生崩刃,使得加工稳定性不足。若使用金刚石烧结体作刀具,则无上述的解理性,但由于构成烧结体的粒子粗,加工表面粗糙度不如单晶金刚石。通过在制作金刚石烧结体所用的烧结助剂——碳酸镁中添加草酸二水合物,可以制作出原材料为亚微米金刚石粒子的金刚石烧结体,该烧结体刀具精密加工铝合金的结果表明,加工表面粗糙度可等同或优于单晶金刚石,且刀尖的耐磨性和抗崩刃性均高于单晶金刚石。     

切削纤维板时表面涂层硬质合金刀具的磨损

对表面涂层硬质合金刀具切削高密度纤维板后的磨损状况分阶段进行了测量,并与普通硬质合金刀具进行了比较,结果表明,涂层刀具优于普通硬质合金刀具。在化学蒸汽涂层(CVD)和物理蒸汽涂层(PVD)两种涂层刀具中,后者的品质和耐磨性优于前者。     

提高CVD金刚石涂层刀具附着力的应用研究

文章介绍了影响CVD金刚石涂层刀具附着力的因素,并重点对提高其附着力的工艺措施进行了较深入的研究,对解决刀具基体与金刚石薄膜之间的附着力过小的问题有一定的指导意义。     

木材金刚石切削刀具的性能评价

前言木材加工领域内，被削材的难削化、加工线的自动化急速地进展，强烈希望切削工具的长寿命化。现在，超硬质合金工具已广泛使用，最近烧结的金刚石工具作为长寿命工具的地位正在确立中。烧结金刚石由于是金刚石粒子与结合剂一起在高温高压下成型制造的，所以有极高的硬度。可是，现状是存在着成型加工的困难性、工具形状及尺寸的制约，高价格等，还有多数的技术课题。近年，（日本）科学技术厅无机材质研究所的小组开发了化学气相合成法（ＣＶＤ法）的在各种金属基板上作金刚石薄膜的合成技术１）。该方法相对子原来的高温高压合成法，有…     

低压气相金刚石薄膜涂层刀具膜/基附着性能测试方法研究进展

较全面介绍了金刚石薄膜涂层刀具膜/基结合强度的定性和定量测试与表征方法。定性方法主要有划痕法、压痕法、超声波法等,其操作简单、结果直观,但实验结果不精确并且缺乏可比性;定量方法主要有粘接拉伸法、刮剥式测量法、纳米压入法、内涨鼓泡法、梁弯曲法等,这些方法不同程度地提高了测量的准确性和精确度,但试验条件要求苛刻、设备复杂、薄膜样品制备困难等问题限制了其广泛应用。总的来看,采用单一方法直接用于金刚石薄膜刀具膜/基附着强度的有效表征还有较大的困难。因此,需要在前人工作基础上,通过研究这些方法的优势互补,或者通过新方法研究,建立综合评价金刚石薄膜的膜/基界面结合强度的有效与合理方法,为金刚石薄膜硬质合金刀具的制备提供科学依据。     

硬质合金表面粗糙度对金刚石涂层附着力影响的研究

采用不同粒度的金剐石粉研磨硬质合金基体表面,然后采用酸碱两步法处理基体,清洗后利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）沉积金刚石涂层。扫描电镜观察表面金刚石形貌,洛氏硬度压痕法评价涂层结合情况。实验结果表明适当的表面粗糙度可以有效地提高膜基结合水平。     

CVD纳米金刚石涂层工具研究进展

概述了CVD纳米金刚石涂层工具的研究开发现状、存在的主要问题,重点介绍了硬质合金基体表面预处理方法及纳米金刚石生长工艺参数对CVD纳米金刚石涂层工具结构和性能的影响。其中,介绍了硬质合金基体表面预处理方法主要有酸液浸蚀去钴、施加中间过渡层、机械或等离子体处理、负偏压等;纳米金刚石生长工艺参数则主要从碳源浓度、基体温度、反应气压三方面进行了介绍;最后,对CVD纳米金刚石涂层工具发展趋势和应用前景作出了展望。     

薄膜涂层刀具

薄膜涂层刀具是在刚性及高温特性好的集体材料上通过化学气相沉积法（CVD）沉积金刚石薄膜制成的刀具。由于SiN4系陶瓷、WC＋Co系硬质合金以及金属W的热膨胀系数与金刚石接近,制膜时产生的热应力小,因此可作为刀体的基体材料。WC＋Co系硬质合金中,粘结相Co的存在易使金刚石薄膜与基体之间形成石墨而降低附着强度,在沉积前需进行预处理以消除Co的影响（一般通过酸腐蚀去Co）。     

形核密度对CVD金刚石涂层附着性能的影响

采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）在硬质合金基体上进行金刚石的形核生长,使用扫描电镜（SEM）对金刚石涂层形核情况进行分析,研究了不同形核密度对CVD金刚石涂层附着力的影响。结果表明：当碳源浓度达到3%时,表面形核密度最高,约为107/cm2;浓度增大为4%时,形核密度降低。通过压痕实验对比分析得出形核工艺中碳源浓度为3%时沉积的金刚石涂层压痕最浅,压痕直径最小,金刚石涂层具有良好的附着性能。     

WC-Co梯度结构硬质合金研究进展

介绍了WC-Co梯度硬质合金的性能优势与结构特点,对国内相关研究的制备工艺及检测方法和国外的研究近况进行了分析,并总结了WC-Co梯度硬质合金研究目前存在的一些不足。     

CVD金刚石薄膜与硬质合金的结合力的改善途径

化学气相沉积金刚石涂层硬质合金工具综合了金刚石和硬质合金的优异性能,可广泛应用于难加工材料的切削、电子工业等诸多领域。制造金刚石薄膜涂层工具的关键在于增强金刚石膜与硬质合金基体间的结合力。文章综述了增强化学气相沉积金刚石膜与硬质合金基体结合力的多种措施。     

人造金刚石在木工刀具上的应用及展望

随着金刚石复合片技术和金刚石涂层技术的提升,配以我国强劲的人造金刚石微粒生产能力,聚晶金刚石复合刀片和金刚石涂层刀片全面取代单纯的硬质合金,成为主要的木工刀具材料应该很快就会变成现实,这也是所有木工刀具研究者最应关注和努力的方向。     

金刚石刀具的应用和修磨

天然金刚石刀具目前主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属,以及特殊零件的超精密镜面加工,如录相机磁盘、光学平面镜、多面镜和二次曲面镜等。但其结晶各向异性,刀具价格昂贵。PCD的性能取决于金刚石晶粒及钴的含量,刀具寿命为硬质合金(WC基体)刀具的10~500倍,主要用于车削加工各种有色     

金刚石刀具化学磨损的预防

单晶金刚石刀具因其化学磨损严重,不适用于微切削加工铁基材料。为了保护金刚石刀具免受化学磨损,可将切削刀具沉积硬质涂层,以防止金刚石与工件材料直接接触。本研究则利用磁控溅射工艺在金刚石刀具上沉积T iN、T iA lN和A lN涂层。经过优化工艺参数,所沉积涂层的化学成分接近化学计量,表面非常光滑,晶粒很细,硬度高且附着强度大。虽然刃口半径因涂层略有增加,但对微切削加工来说仍可容忍。在试验切削条件下,与参比未涂层金刚石刀具相比,T iA lN涂层金刚石刀具磨损的减少高达50%。     

圆柱形衬底金刚石涂层的制备与表征研究

采用偏压增强热丝化学气相沉积法（BE—HFCVD）,以WC—Co硬质合金圆柱体为衬底沉积金刚石薄膜。研究了提高金刚石薄膜形核密度和涂层附着力的新型复合衬底预处理方法,研究结果表明。采用新型复合衬底预处理工艺后,衬底表面凸凹不平,粗糙度达到366nm,相比未采用预处理工艺的表面粗糙度94．5nm,可以大大提高金刚石形核密度,并且处理后钻的成分含量从6％减低到0．4％,在很大程度上提高了金刚石涂层与衬底之间的附着强度。研究结果还表明制备的金刚石涂层均匀且具有较好的表面质量。     

利用改进CVD工艺在WC-Co硬质合金牙钻上沉积金刚石薄膜

利用改进热丝化学气相沉积系统在(WC-Co)硬质合金牙钻切刃上沉积粘着性金刚石薄膜。试验发现,原生薄膜通常为聚晶,且薄膜覆盖效果良好。利用显微拉曼光谱表征了牙钻尖端、牙钻中部和牙钻末端等3个位置的应力分布。经计算,牙钻背部、中部和尖端的压应力分别为-1.7GPa、-2.3GPa和-3.4GPa。经双色光测高温计测量发现,热丝温度是沿热丝螺旋方向变化的。螺旋热丝中心区的温度比热丝边缘高。牙钻尖端刃口的温度比牙钻中部和背部都高。切削齿距热丝较近,可望处在稍高的温度。因此,沉积在切削齿刃口上的涂层比平板状牙钻基材厚。     

单晶金刚石刀具材料

单晶金刚石与PCD（或PCD/CC）以及PCD（或PCD/CC）与CVD金刚石之间能很好地相互补充,也存在着一些相互交叉的应用领域。     

金刚石涂层工具产品未来将占有更多的市场份额

金刚石是自然界最硬的材料,摩擦系数很小,导热性很好,是用于制作切削工具的最佳材料,但金刚石很脆,因此普通的金刚石工具只能用于精加工,而不能用于粗加工。金刚石单晶工具和金刚石聚晶工具虽然凭借其使用寿命和加工质量的优势在国内外市场销售多年,因其价格昂贵,抗冲击性差,应用范围小,导致所占市场份额较小。     

金刚石涂层拉丝模及其在焊丝生产中的应用

采用化学气相沉积法,在硬质合金拉丝模的工作区域制备金刚石涂层,利用扫描电镜、原子力显微镜、Ra-man光谱仪对涂层表面形貌、成分等进行分析,并将拉丝模应用于焊丝拉拔生产线中。结果表明:拉丝模涂层均匀、致密,抛光后的表面粗糙度可降低至10 nm以下,使用寿命较传统模具长,镀铜焊丝的表面粗糙度明显降低。