金剛石塗層刀具須瞭解的幾點

1 CVD金剛石塗層與非晶金剛石塗層的區別

非晶金剛石(也稱為類金剛石碳——譯註)塗層是採用PVD工藝沉積的一種碳膜。它既具有一部分金剛石的SP3鍵,又具有一部分碳的SP2鍵;其成膜硬度很高,但又低於金剛石膜的硬度;其厚度也比我們通常沉積的金剛石膜要薄一些。加工石墨時,非晶金剛石塗層刀具的壽命是未塗層硬質合金刀具的2~3倍。與之相比,CVD金剛石則是採用CVD工藝沉積的純金剛石塗層,加工石墨時的刀具壽命是硬質合金刀具的12~20倍,從而可減少換刀次數,提高加工的可靠性和精度一致性。


金剛石塗層刀具須瞭解的幾點


2 不能用金剛石刀具加工淬硬鋼

金剛石由碳原子構成。某些材料受熱時,會從金剛石中吸出碳原子並在工件中形成碳化物。鐵就是此類材料之一。用金剛石刀具加工鐵族材料時,摩擦產生的熱量會使金剛石中的碳原子擴散到鐵中,從而造成金剛石塗層因化學磨損而提前失效。

3 重磨和(或)重塗層的金剛石塗層刀具質量難以保證

由於刀具表面生成的塗層為純金剛石,因此用金剛石磨輪對刀具進行重磨需要耗費很長時間。此外,為使金剛石生長而採用的刀具製備工藝會改變刀具表面的化學特性,由於塗層時要求對這種化學特性進行非常精確的控制,因此刀具重新塗層的效果難以得到保證。

4 金剛石塗層刀具的壽命各不相同

與任何其他刀具一樣,金剛石塗層刀具的壽命也各不相同,主要取決於被切削材料、選用的進給率和切削速度,以及工件的幾何形狀等。一般來說,加工石墨的金剛石塗層刀具的壽命是未塗層硬質合金刀具的10~20倍,在某些情況下甚至可能更長。這樣,就能用一把刀具完成幾乎任何加工任務,無需因刀具磨損而換刀,避免了加工中斷和重新校準,從而有可能實現無人值守加工。在複合材料的加工中,也完全可能獲得較長的刀具壽命。據報道,在加工高密度玻璃纖維、碳纖維和G10-FR4等難加工複合材料時,金剛石塗層刀具的壽命可高達未塗層硬質合金刀具的70倍。

5 金剛石塗層的剝落可以預防

塗層剝落是金剛石塗層刀具的一個嚴重問題,也是一個常見問題(尤其在加工碳纖維之類材料時),會導致刀具壽命難以預測。上世紀90年代後期,界面化學特性被確定為是影響金剛石塗層粘附性能的重要因素。通過選擇兼容性好的硬質合金化學特性、採用適當的預處理技術和合理的沉積反應條件,就有可能減輕或消除金剛石塗層的剝落,穩定地實現平穩的磨損模式。在顯微鏡下觀察正常磨損的金剛石塗層刀具,可以發現,金剛石被穩定磨損直至硬質合金基體,而沒有發生崩刃或剝落。


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