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金剛石刀具如何制作?

金剛石刀具如何制作?

如今金剛石刀具的加工方法主要有以下幾種:薄膜涂層刀具、厚膜金剛石焊接刀具、金剛石燒結體刀具和單晶金剛石刀具。

1 薄膜涂層金剛石刀具  薄膜涂層金剛石刀具是在剛性及高溫特性好的集體材料上通過化學氣相沉積法(CVD)沉積金剛石薄膜制成的刀具。由于SiN4系陶瓷、WC+Co系硬質合金以及金屬W的熱膨脹系與金剛石接近,制膜時產生的熱應力小,因此可作為刀體的基體材料。WC+Co系硬質合金中,粘結相Co的存在易使金剛石薄膜與基體之間形成石墨而降低附著強度,在沉積前需進行預處理以消除Co的影響(一般通過酸腐蝕去Co)。化學氣相沉積法是采用一定的方法把含有C源的氣體激活,在極低的氣體壓強下,使碳原子在一定區域沉積下來,碳原子在凝聚、沉積過程中形成金剛石相。目前用于沉積金剛石的CVD法主要包括:微波、熱燈絲、直流電弧噴射法等。金剛石薄膜的優點是可應用于各種幾何形狀復雜的刀具,如帶有切屑的刀片、端銑刀、鉸刀及鉆頭;可以用來切削許多非金屬材料,切削時切削力小、變形小、工作平穩、磨損慢、工件不易變形,適用于工件材質好、公差小的精加工。主要缺點是金剛石薄膜與基體的粘接力較差,金剛石薄膜刀具不具有重磨性。


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厚膜金剛石焊接刀具
   
金剛石厚膜焊接刀具的制作過程一般包括:大面積的金剛石膜的制備;將金剛石膜切成刀具需要的形狀尺寸;金剛石厚膜與刀具基體材料的焊接;金剛石厚膜刀具切削刃的研磨與拋光。常用的制備金剛石厚膜的工藝方法是直流等離子體射流CVD法。將金剛石沉積到WC+Co合金(表面進行鏡面加工)上,在基體的冷卻過程中,金剛石膜自動脫落。此方法沉積速度快(最高可達930μm/h),晶格之間結合比較緊密,但是生長表面比較粗糙。金剛石膜硬度高、耐磨、不導電決定了它的切割方法是激光切割(切割可在空氣、氧氣和氬氣的環境中進行)。采用激光切割不僅能將金剛石厚膜切割成所需要的形狀和尺寸,還可以切出刀具的后角,具有切縫窄、高效等優點。金剛石與一般的金屬及其合金之間具有很高的界面能致使金剛石不能被一般的低熔點合金所浸潤,可焊性極差。目前主要通過在銅銀合金焊料中添加強碳化物形成元素或通過對 金剛石表面進行金屬化處理來提高金剛石與金屬之間的可焊性。焊料一般用含Ti的銅銀合金,不加助熔劑在惰性氣體或真空中焊接。常用的釬料成分Ag=68.8wt%Cu=26.7wt%Ti=4.5wt%,常用的制備方法是電弧熔煉法和粉末冶金法。Ti作為活性元素在焊接過程中與C反映生成TiC,可提高金剛石與焊料的潤濕性和粘結強度。加熱溫度一般為850℃,保溫10分鐘,緩冷以減小內應力。  金剛石表面的金屬化是通過表面處理技術在金剛石表面鍍覆金屬,使其表面具有金屬或類金屬的性能。一般是在金剛石的表面鍍TiTiC反應生成TiCTiC Ag-Cu合金釬料有較好的潤濕性和結合強度。目前常用的鍍鈦方法有:真空物理氣相沉積(PVD主要包括真空蒸發鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍等),化學氣相鍍和粉末覆蓋燒結。PVD法單次鍍覆量低,鍍覆過程中金剛石的溫度低于500℃,鍍層與金剛石之間是物理附著、無化學冶金。CVDTi與金剛石發生化學反應形成強力冶金結合,反應溫度高,損害金剛石。厚膜金剛石刀具的刃磨金剛石厚膜刀具的加工方法有:機械磨削,熱金屬盤研磨,離子束、激光束和等離子體刻蝕等。


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金剛石燒結體刀具
  
將金剛石厚膜用滾壓研磨破壞的方法加工成平均粒度為3237μ的金剛石晶粒或直接利用高溫高壓法制得金剛石晶粒,把晶粒粉末堆放到WC-16wt%Co 合金上,然后用Ta箔將其隔離,在5.5GPa1500℃條件下燒結60分鐘,制成金剛石燒結體,用此燒結體制成的車刀具有很高的耐磨性。


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單晶金剛石刀具
  
單晶金剛石刀具通常是將金剛石單晶固定在小刀頭上,小刀頭用螺釘或壓板固定在車刀刀桿上。金剛石在小刀頭上的固定方法主要有:機械加固法(將金剛石底面和加壓面磨平,用壓板加壓固定在小刀頭上);粉末冶金法(將金剛石放在合金粉末中,經加壓在真空中燒結,使金剛石固定在小刀頭上);粘結和釬焊法(使用無機粘結劑或其它粘結劑固定金剛石。由于金剛石與基體的熱膨脹系數相差懸殊,金剛石易松動,脫落。

以上幾種方法就是當今制作金剛石刀具的常用方法,希望對您了解金剛石刀具有所幫助。

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