• 金剛石膜在切削刀具中的應用

    2015-08-24 431

    1.前 言
      金剛石膜具有硬度高、耐磨損,摩擦系數小,導熱性好等特點,是制造切削有色金屬和非金屬質料刀具的抱負質料。人造金剛石膜的刀具分為兩種范例:金剛石膜涂層刀具,金剛石膜焊接刀具。粘結力較弱是金剛石涂層刀具最突出的題目。粘結力較弱的緣故原由有兩個:一是化學氣相沉積(CVD)附口歷程中,孕育發生很大的熱應力;二是基體質料存在著很多低落討論強度的因素。比年來,利用生長基體金屬同金剛石膜的熱膨脹系數相差較大粘附強度低,在基體上沉積金剛石膜,隨著基體的冷卻,金剛石膜主動脫落,得到獨立的金剛石厚膜。文獻接納等離子體時流CVD法在Mo基體上沉積金剛石膜,得到獨立的金剛石厚膜(0.3-1.3mm)。利用這種膜與刀體質料焊接簾(備切削刀具兼有單晶金剛石刀具和金剛石薄膜涂層刀具的長處,是一種應用遠景極為遼闊的新型刀具。
      2.金剛石厚膜焊接刀具的制造要領
      2-1金剛石厚膜的成型
      由于金剛石厚膜硬度高,耐磨性好、并且不導電。以是常見的機器切削、線切割、超聲波加工等工藝要領均不實用于金剛石厚膜的切割加工,常用的要領是激光切割。激光切割不但能將金剛石厚膜切割成所 要的形狀和尺寸,還能直接切出刀具的后角和修正厚膜外貌。一樣通常金剛石車刀的前角以0為尺度,憑據 要可在+5的范圍內選取。在夸大車刀的耐磨性和尖刀強度的環境下。也可以接納負前角(-20左右)。負后角一樣通常以5為尺度,憑據利用條件可在2.5~10范圍內選取。由前刀面和后刀面組成的鍥角在85以上,可得到高精度的刀尖。
      2-2刀體質料的性能和焊接
      作為刀體質料只管在切削加工中不與被切削體直接打仗,但由于基體要對金剛石膜起支持作用,因此要求其具有較高的剛性,熱膨脹系數與金剛石膜相近以及精良的焊接性等?,F在常用刀具質料有硬質合金(YG3、YG6、YG8等)、陶瓷(Si3N4、A12O3等)、CBN、高速鋼等,硬質合金是最有生長前程且現在研究最多的刀體質料。硬質合金是抱負的根素質料,它的硬度高,又因其為燒結體,紅硬性更好,室溫下硬度一樣通常在HRA83~93之間;500 ℃以下硬度連結穩定??箟簭姸茸罡呖傻竭_6000MPa,一樣通常為3400~5600MPa;室溫抗彎強度在750~2500MPa之間,彈性模量高,通常為(4~7)105MPa;室溫下剛性較好,無顯著塑變,對金剛石膜可起很好的剛性支持作用。
      金剛石厚膜與刀體質料的毗連重要有要領兩種:金剛石外貌金屬化釬焊法和活性釬料焊法。前者是利用外貌處置處罰技能(如離子束濺射等),在金剛石外貌鍍覆金屬(如Ti、Cr等),使其外貌具有金屬或類金屬的性能。金屬化的金剛石膜外貌臨Ag-Cu基針料具有精良的可焊性,可接納金屬間針焊工藝焊接。這種要領需舉行金剛石膜外貌金屬化處置處罰,增長了制備難度?;钚遭F料焊接規則是在針猜中參加適量的能與金剛石膜外貌碳原子反響天生碳化物的元素,利用針焊歷程中碳化物形成元素對金剛石膜待焊外貌的活化作用,使針料潤濕金剛石膜實現其釬焊歷程。
      2-3 刀體與基體金屬的毗連
      將得到的金剛石厚膜硬質合金復合刀片毗連到基體金屬上,其毗連要領大抵有以下幾種:⑴釬焊 ⑵機器加固 ⑶樹脂粘接劑毗連 ⑷熱裝壓入。此中,釬焊的措施利用最多。釬焊金剛石厚膜/硬質合金復合刀片利用的釬料就強度來說,一樣通常利用銅基針料、銀基針料等。但思量到防備氧化的焊接裂紋以淘汰金剛石向石墨轉化的趨向,盡大概的利用低熔點的釬料為好,重要是利用硬質合金針焊專用的銀基針料。為了更好地掩護金剛石不向石墨轉化,好也是在真空或惰性氛圍條件下針焊。
      2-4 金剛石厚膜刀具的刃磨
      金剛石厚膜刀具的刃磨要領重要有機器磨削(包羅金剛石砂輪磨削和金剛石粉研磨)。熱金屬盤研膳,激光束、離子束加工和等離子體刻蝕等。用金剛石粉研磨服從低,金剛石砂輪磨削服從高,并可接納差別粒度的砂輪舉行粗加工,是金剛石厚膜刀具得到較好的外貌光潔度。熱金屬盤研磨是在高溫條件下,利用鐵族元素與 金剛石反響使金剛石石墨化的原理撤除金剛石。用此種要領研磨外貌粗糙度可達鏡面程度。用激光對厚膜外貌舉行光整加工,加工服從很高但加工外貌質量不高,只得當于粗加工和半精加工。
      3、活性釬料身分選擇
      活性釬料釬焊法釬焊金剛石與硬質合金所用的活性釬料,除要思量釬料對金剛石膜與硬質合金的潤濕條件,還 須思量討論應力和真空加熱條件下釬料身分的狀態對釬焊歷程的影響。
      3-1 釬猜中的根自己分
      金剛石膜和硬質合金都是高硬度高鋼性的質料,兩種質料的線膨脹系數也有肯定的差異,兩者釬焊界面會孕育發生很大的內應力,大概造成金剛石膜開裂和毗連界面分散。因此釬料的身分 須在包管強度的條件下,應具有肯定的變形本領。Ag-Cu合金不但有較好的強度及對硬質合金能很好的濕潤,同時Ag-Cu面心立方的晶格布局使其固浴體合金具有很好的塑性。以是,Ag-Cu合金是金剛石膜與硬質合金釬焊首選的基體身分。
      3-2 釬猜中的活性身分
      金剛石膜與一樣通常金屬及其合金之間有很高的界面能,致使金剛石膜不克不及被一樣通常低溶點合金所浸潤,潤濕性較差。因此 須在釬猜中參加一些強碳化物形成元素作為活性金屬,以改進金剛石膜與硬質合金之間的潤濕性。但添增強碳化物形成元素也存在肯定的范圍性,一方面參加過多的碳化物形成元素就有大概使金剛石膜與釬料間形成過厚的脆性化合物層,影響聯合性能。另一方面為了控制釬料的熔點 須對釬猜中的強碳化物形成元素情誼頂的要求,如Ti、Cr、Zr、V、B、Mo、W等,這些元素的溶點分別為:1672℃、1863℃、1865℃、1929℃、2300℃、2623℃、3387℃。相比力而言,Ti、Cr、Zr、V更得當一些。這些元素少量的參加Ag-Cu基釬猜中,一樣通常釬焊溫度可控制在850℃左右,工藝性能較好。.
      別的,在釬猜中胸口少量的IN、SN等低熔點金屬能有用地低落釬料的熔點,但過多則會孕育發生脆化性化合物。同時金剛石膜與刀體質料的焊接是在真空狀態下舉行的,釬猜中應制止含有MN、ZN等蒸汽壓較高的易發揮元素。
      上面分別從釬料的熔點、潤濕性、蒸汽壓、熱膨脹,焊后是否天生脆性化合物等方面思量了釬猜中元素的選擇。對活性釬料身分的選擇 要綜合思量,釬焊金剛石厚膜所添加的強碳化物形成元素多種多樣?,F在海表里尚未見到商品金剛石焊料,一樣通常由應用單元自行配制。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等釬料身分可供選擇。
      4.結 論
      1.金剛石厚膜與硬質合金片之間接納釬焊的要領能有用地辦理粘結力較弱的題目。
      2.金剛石厚膜與硬質合金片的釬焊中,接納自反響活性針料舉行針焊,工藝要領簡樸本錢低。
      3.金剛石厚膜自反響活性釬焊釬料,可在Ag-Cu合金針猜中添加適量的Ti,Zr和Cr等碳化物形成元素舉行制備。

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