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| 金剛石薄膜涂層刀具 金剛石具有硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱性高、熱膨脹系數(shù)低和電絕緣性等特性，是加工刀具的理想材料。金剛石薄膜涂層刀具便是利用低壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）在韌性好、強(qiáng)度高的硬質(zhì)合金基體上生長出一層由多晶組成的金剛石膜制造而成的，兼具了硬質(zhì)合金與金剛石薄膜的性能的超硬材料刀具。這種金剛石薄膜涂層刀具的合成工藝簡單，質(zhì)量易于控制，成本低廉，并且可在形狀復(fù)雜的基體表面大面積沉積高質(zhì)量金剛石膜，極富市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是一種發(fā)展前景極其廣闊的新型超硬刀具材料。 金剛石薄膜作為刀具涂層，首先要求薄膜有較高的質(zhì)量，主要體現(xiàn)在薄膜的結(jié)構(gòu)要均勻，缺陷盡可能少，尤其是裂紋。裂紋的存在不僅對(duì)刀具的性能產(chǎn)生不良的影響，還會(huì)嚴(yán)重縮減刀具的使用壽命。目前，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)研究出多種化學(xué)氣相沉積法，目前應(yīng)用較為廣泛的主要由熱絲CVD法、微波等離子CVD法、直流電弧等離子噴射CVD法。雖然金剛石薄膜沉積機(jī)理等問題尚未完全認(rèn)識(shí)，但在各種基體上沉積金剛石膜技術(shù)已經(jīng)在一定程度上達(dá)到了成熟，并能夠通過改變工藝條件在各種基體上得到結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)良的金剛石薄膜。 其次，金剛石涂層刀具的刃磨問題也是限制其應(yīng)用的關(guān)鍵問題。由于化學(xué)氣相沉積得到的是較粗顆粒的金剛石，故在成刀后需要對(duì)其刃磨，以保證高精度切削。刃磨不僅工藝復(fù)雜，并且在刃磨過程中也很容易對(duì)金剛石薄膜的質(zhì)量和使用壽命產(chǎn)生不良影響。目前已有研究單位利用改變金剛石薄膜沉積工藝條件來得到較細(xì)顆粒甚至納米級(jí)的金剛石。小顆粒的金剛石在成刀后不需刃磨，即降低了刀具制造成本，也降低了刃磨對(duì)刀具的不利影響。 第三，金剛石薄膜與硬質(zhì)合金基體之間的附著力也是金剛石涂層刀具應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題。在機(jī)械加工過程中，金剛石薄膜與基體之間的附著力過小，則在切削里的作用下（特別是在高速重負(fù)荷切削中），CVD金剛石薄膜會(huì)過早的從刀具基體上剝離，極大的降低了CVD金剛石涂層刀具的使用壽命及切削性能。為了提高金剛石涂層與硬質(zhì)合金基體間的附著力，發(fā)展了許多硬質(zhì)合金基體的預(yù)處理方法，包括酸液侵蝕或等離子體刻蝕去除鈷，在金剛石薄膜和硬質(zhì)合金基體之間施加各種過渡層，以及機(jī)械或化學(xué)熱處理。 對(duì)于金剛石薄膜刀具的結(jié)構(gòu)來說，其厚度是有一定的臨界值的。薄膜太薄，磨損快，刀具使用壽命不長；太厚則與硬質(zhì)合金基體的粘附性變差且制造成本增加。從提高附著強(qiáng)度的角度考慮，金剛石薄膜涂層厚度不宜超過10μm。另外，薄膜表面的粗糙度也是影響切削性能的關(guān)鍵因素，它決定著加工工件的精度。采用細(xì)顆粒甚至納米級(jí)的金剛石與硬質(zhì)合金基體進(jìn)行連接，提高薄膜與基體的結(jié)合力的同時(shí)，也可降低薄膜表面的粗糙度。 金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的各種優(yōu)點(diǎn)，使其在機(jī)械加工領(lǐng)域有極大的應(yīng)用市場(chǎng)。由于目前金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的一些技術(shù)和市場(chǎng)方面的原因，其市場(chǎng)規(guī)模還不理想。但是可以預(yù)見，隨著未來的技術(shù)進(jìn)步和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是汽車、航空航天、集成電路板卡應(yīng)用的擴(kuò)大，金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的市場(chǎng)前景將不可限量。 |
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