晶体金刚石涂层

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 14:48:29点击率：

　　“切削刀刃上聚集着高额利润”是1911年Schlesinger在谈论到生产过程中如何提高生产率和生产效率时所说的。时至今日，对于革新性刀具材料和涂层高性能刀具来说仍然有效，尤其是在进行高磨损和新型材料加工时。这些新材料包括：用于EDM电极加工的硬化煤、石墨和铜，用于发动机零件和引擎的现代轻质材料硅铝合金(硅含量超过12%)、金属复合材料(MMC)，生压胚、纤维及微粒增强金属及塑料。而木材也是磨蚀性很强的难加工材料代表之一。对上述材料的经济加工中，金刚石因其超凡的硬度而成为。从15年前开始，人们便可以稳定高效地合成纯晶体金刚石了，该工艺促成了新一代金刚石涂层刀具的问世和规模化生产。性能优越、涂层可根据切削刃部形状进行匹配是其生产工艺的特点，而涂层赋予刀具应用中突出的性能便是金刚石晶体所具备的特性，例如高硬度、的摩擦性能和润滑性能以及较好的导热性。

　　用于合成CVD晶体金刚石的含碳气体，例如甲烷、乙炔或一氧化碳被裂解后首先以石墨和金刚石的形式沉积到基体表面，多余的石墨必须除去以便获得纯晶体金刚石薄膜，可以通过调整工艺参数或采用氢体刻蚀的方法以避免石墨生成。近20年来，人们开发出了许多种不同的金刚石沉积工艺，这些工艺通过采用热或等离子辅助活化方法分解氢原子使其成为气态，除了直流等离子喷射(DC-plasma-jet)、高电流直流电弧(high current-DC-ARC)及微波法外，目前合适并且在切削刀具和零件上广为应用的是热丝CVD工艺(hot-filament-CVD-process, HF-CVD)，如Cem AG公司800/DIA全自动金刚石涂层装置。

　　合成晶体金刚石涂层工艺技术与用于现代硬质膜沉积的工艺完全不同，它在具有复杂几何形状的刀具表面沉积CVD金刚石薄膜所需的工艺温度约为850℃，因此对于切削刀具来说，该工艺仅仅适用于耐热材料，例如硬质合金或碳化硅。近年来的研发工作在沉积晶体金刚石涂层结合力方面取得了很大进展，这主要归功于前处理方法和工艺技术的进一步改进，即意味着可以在具有复杂形状的切削刀具任意需要保护的位置沉积金刚石薄膜。

　　工艺初始阶段，晶体金刚石薄膜的生长从一个个小颗粒的结晶开始，接着晶粒聚集在一起形成晶岛，然后便生长为完整的金刚石膜层，具有朝向表面生长方位的晶体占据着主导地位并且紧挨着相邻的晶体生长，这样一来便形成了传统微晶CVD金刚石涂层典型的柱状结构。晶柱的尺寸影响着表面的粗糙度，微晶金刚石薄膜的粗糙度使其成为加工诸如石墨和生压胚材料时的理想选择。在这些应用领域中的一个显著特点便是加工过程中几乎不产生切屑，只有粉尘。

　　通过调整工艺参数可以将晶体粒径减小到纳米级并生成具有平滑表面的纳米晶体金刚石薄膜。特殊设计的循环变化工艺参数促成了金刚石晶体的再次成核，纳米金刚石涂层还可改善表面的不平坦状况。

　　金刚石晶体的粒径对于涂层表面结构具有至关重要的影响。平滑金刚石涂层的晶粒大小在5～20nm之间，其表面平滑度是在铝和铝合金材料加工时满足其切屑去除要求所必需的，而标准涂层根据其涂层厚度，一般粒径在0.5～5μm之间。表面粗糙度通常由晶体大小决定，因此可以通过选择不同的工艺参数来获得不同的结果。与所有其它采用Cem工艺技术沉积的金刚石薄膜一样，平滑金刚石薄膜不含任何无组织碳或石墨改性，只有这种纯金刚石才具有特定的硬度和抗磨损能力。

　　两种不同金刚石薄膜的优点可以通过复合涂层的组合方式得到综合。与PVD涂层一样，复合涂层的结构可以在表面涂层发生断裂后阻止断裂的进一步扩展，断裂在每一层界面得到中止和偏离，因此无法轻易延伸至基体涂层面。

　　根据应用状况，金刚石涂层的厚度通常在6～20μm范围内。在PCD(聚晶金刚石)切削刃上沉积金刚石薄膜，其金刚石晶体植于钴矩阵中生长。

　　CVD金刚石表现出比PCD金刚石更高的硬度、更好的抗裂化性能，并可根据应用需要优化其刀刃的圆弧度，例如较高的进给率要求较大的圆弧度。

　　在加工难度大的应用场合，伴随着研磨磨损的增加，需要更高的涂层厚度以便增加其磨损容量，但是由此形成的更大刃部圆度可能会对被加工工件的表面质量产生消极影响，特别是对纤维增强材料(例如木头等)进行加工时往往需要非常锋利的切削刃。新开发的工艺可对金刚石涂层后的切削刃进行再次锋利处理，处理方法包括电蚀法、激光或等离子处理等。再锋利处理后的切削刃其圆弧度小于0.5μm。

上一篇：新型纳米涂层

下一篇：全自动曲轴淬火

转载请注明：转载自塑胶五金网技术频道 http://www.sjwj.com/Liter/
本文链接：http://www.sjwj.com/Liter/LiterDetail_6653.html
版权声明：1.塑胶五金网转载作品均注明出处，本网未注明出处和转载的，是出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性，您同意将自行加以判断并承担所有风险。 2.如转载作品侵犯作者署名权，或有其他诸如版权、肖像权、知识产权等方面的伤害，并非本网故意为之，在接到相关权利人通知后将立即加以更正。联系电话：15014822798
投稿声明：可将稿件直接发至邮箱：234145668@qq.com（主题注明“投稿”），也可直接联系