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金刚石膜在切削刀具中的应用

2015-08-24 484

1.前 言
  金刚石膜具有硬度高、耐磨损,摩擦系数小,导热性好等特点,是制造切削有色金属和非金属质料刀具的抱负质料。人造金刚石膜的刀具分为两种范例:金刚石膜涂层刀具,金刚石膜焊接刀具。粘结力较弱是金刚石涂层刀具最突出的题目。粘结力较弱的缘故原由有两个:一是化学气相沉积(CVD)附口历程中,孕育发生很大的热应力;二是基体质料存在着很多低落讨论强度的因素。比年来,利用生长基体金属同金刚石膜的热膨胀系数相差较大粘附强度低,在基体上沉积金刚石膜,随着基体的冷却,金刚石膜主动脱落,得到独立的金刚石厚膜。文献接纳等离子体时流CVD法在Mo基体上沉积金刚石膜,得到独立的金刚石厚膜(0.3-1.3mm)。利用这种膜与刀体质料焊接帘(备切削刀具兼有单晶金刚石刀具和金刚石薄膜涂层刀具的长处,是一种应用远景极为辽阔的新型刀具。
  2.金刚石厚膜焊接刀具的制造要领
  2-1金刚石厚膜的成型
  由于金刚石厚膜硬度高,耐磨性好、并且不导电。以是常见的机器切削、线切割、超声波加工等工艺要领均不实用于金刚石厚膜的切割加工,常用的要领是激光切割。激光切割不但能将金刚石厚膜切割成所 要的形状和尺寸,还能直接切出刀具的后角和修正厚膜外貌。一样通常金刚石车刀的前角以0为尺度,凭据 要可在+5的范围内选取。在夸大车刀的耐磨性和尖刀强度的环境下。也可以接纳负前角(-20左右)。负后角一样通常以5为尺度,凭据利用条件可在2.5~10范围内选取。由前刀面和后刀面组成的锲角在85以上,可得到高精度的刀尖。
  2-2刀体质料的性能和焊接
  作为刀体质料只管在切削加工中不与被切削体直接打仗,但由于基体要对金刚石膜起支持作用,因此要求其具有较高的刚性,热膨胀系数与金刚石膜相近以及精良的焊接性等。现在常用刀具质料有硬质合金(YG3、YG6、YG8等)、陶瓷(Si3N4、A12O3等)、CBN、高速钢等,硬质合金是最有生长前程且现在研究最多的刀体质料。硬质合金是抱负的根素质料,它的硬度高,又因其为烧结体,红硬性更好,室温下硬度一样通常在HRA83~93之间;500 ℃以下硬度连结稳定。抗压强度最高可到达6000MPa,一样通常为3400~5600MPa;室温抗弯强度在750~2500MPa之间,弹性模量高,通常为(4~7)105MPa;室温下刚性较好,无显着塑变,对金刚石膜可起很好的刚性支持作用。
  金刚石厚膜与刀体质料的毗连重要有要领两种:金刚石外貌金属化钎焊法和活性钎料焊法。前者是利用外貌处置处罚技能(如离子束溅射等),在金刚石外貌镀覆金属(如Ti、Cr等),使其外貌具有金属或类金属的性能。金属化的金刚石膜外貌临Ag-Cu基针料具有精良的可焊性,可接纳金属间针焊工艺焊接。这种要领需举行金刚石膜外貌金属化处置处罚,增长了制备难度。活性钎料焊接规则是在针猜中参加适量的能与金刚石膜外貌碳原子反响天生碳化物的元素,利用针焊历程中碳化物形成元素对金刚石膜待焊外貌的活化作用,使针料润湿金刚石膜实现其钎焊历程。
  2-3 刀体与基体金属的毗连
  将得到的金刚石厚膜硬质合金复合刀片毗连到基体金属上,其毗连要领大抵有以下几种:⑴钎焊 ⑵机器加固 ⑶树脂粘接剂毗连 ⑷热装压入。此中,钎焊的措施利用最多。钎焊金刚石厚膜/硬质合金复合刀片利用的钎料就强度来说,一样通常利用铜基针料、银基针料等。但思量到防备氧化的焊接裂纹以淘汰金刚石向石墨转化的趋向,尽大概的利用低熔点的钎料为好,重要是利用硬质合金针焊专用的银基针料。为了更好地掩护金刚石不向石墨转化,好也是在真空或惰性氛围条件下针焊。
  2-4 金刚石厚膜刀具的刃磨
  金刚石厚膜刀具的刃磨要领重要有机器磨削(包罗金刚石砂轮磨削和金刚石粉研磨)。热金属盘研膳,激光束、离子束加工和等离子体刻蚀等。用金刚石粉研磨服从低,金刚石砂轮磨削服从高,并可接纳差别粒度的砂轮举行粗加工,是金刚石厚膜刀具得到较好的外貌光洁度。热金属盘研磨是在高温条件下,利用铁族元素与 金刚石反响使金刚石石墨化的原理撤除金刚石。用此种要领研磨外貌粗糙度可达镜面程度。用激光对厚膜外貌举行光整加工,加工服从很高但加工外貌质量不高,只得当于粗加工和半精加工。
  3、活性钎料身分选择
  活性钎料钎焊法钎焊金刚石与硬质合金所用的活性钎料,除要思量钎料对金刚石膜与硬质合金的润湿条件,还 须思量讨论应力和真空加热条件下钎料身分的状态对钎焊历程的影响。
  3-1 钎猜中的根自己分
  金刚石膜和硬质合金都是高硬度高钢性的质料,两种质料的线膨胀系数也有肯定的差异,两者钎焊界面会孕育发生很大的内应力,大概造成金刚石膜开裂和毗连界面分散。因此钎料的身分 须在包管强度的条件下,应具有肯定的变形本领。Ag-Cu合金不但有较好的强度及对硬质合金能很好的湿润,同时Ag-Cu面心立方的晶格布局使其固浴体合金具有很好的塑性。以是,Ag-Cu合金是金刚石膜与硬质合金钎焊首选的基体身分。
  3-2 钎猜中的活性身分
  金刚石膜与一样通常金属及其合金之间有很高的界面能,致使金刚石膜不克不及被一样通常低溶点合金所浸润,润湿性较差。因此 须在钎猜中参加一些强碳化物形成元素作为活性金属,以改进金刚石膜与硬质合金之间的润湿性。但添增强碳化物形成元素也存在肯定的范围性,一方面参加过多的碳化物形成元素就有大概使金刚石膜与钎料间形成过厚的脆性化合物层,影响联合性能。另一方面为了控制钎料的熔点 须对钎猜中的强碳化物形成元素情谊顶的要求,如Ti、Cr、Zr、V、B、Mo、W等,这些元素的溶点分别为:1672℃、1863℃、1865℃、1929℃、2300℃、2623℃、3387℃。相比力而言,Ti、Cr、Zr、V更得当一些。这些元素少量的参加Ag-Cu基钎猜中,一样通常钎焊温度可控制在850℃左右,工艺性能较好。.
  别的,在钎猜中胸口少量的IN、SN等低熔点金属能有用地低落钎料的熔点,但过多则会孕育发生脆化性化合物。同时金刚石膜与刀体质料的焊接是在真空状态下举行的,钎猜中应制止含有MN、ZN等蒸汽压较高的易发挥元素。
  上面分别从钎料的熔点、润湿性、蒸汽压、热膨胀,焊后是否天生脆性化合物等方面思量了钎猜中元素的选择。对活性钎料身分的选择 要综合思量,钎焊金刚石厚膜所添加的强碳化物形成元素多种多样。现在海表里尚未见到商品金刚石焊料,一样通常由应用单元自行配制。有下列一些,Cu-10%Ti,Cu-15%Sn-3%Ti,Ag-15%Ti,Cu-30%Ag-5%Ti,Cu-15%Sn-2%Cr,Cu-1%V,Cu-Au,Ag-30%Cu-4%Ti,Ag-26.5%Cu-3%Ti等钎料身分可供选择。
  4.结 论
  1.金刚石厚膜与硬质合金片之间接纳钎焊的要领能有用地办理粘结力较弱的题目。
  2.金刚石厚膜与硬质合金片的钎焊中,接纳自反响活性针料举行针焊,工艺要领简朴本钱低。
   3.金刚石厚膜自反响活性钎焊钎料,可在Ag-Cu合金针猜中添加适量的Ti,Zr和Cr等碳化物形成元素举行制备。

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