目前,金刚石厚膜刀具的焊接工艺主要采用活性金属化的方法。焊料是含钛的银铜合金,不加助溶剂,在惰性气氛或真空中高频感应加热敢接。此外,CVD金刚石厚膜也可在真空炉内进行大批量快速焊接。最后将焊接好的CVD金刚石厚膜刀具研磨开刃。刃磨方法有机械磨削、热金属盘研磨、激光束加工、电子加工和等离子体刻蚀等。目前,传统的方法仍是机械磨削抛光法。
② CVD金刚石薄膜涂层刀具
金刚石薄膜涂层刀具在某些方法要由于PCD刀具。它具有整体金刚石表面涂层(厚度小于50μm),可被加工成具有任何样式和几何形状的切削刃。由于CVD金刚石薄膜涂层可沉积在任何形状的基体上,因此CVD金刚石薄膜涂层刀具易于制造复杂型面刀具,如钻头、立铣刀、带断屑槽的金刚石刀片等。
CVD金刚石薄膜涂层刀具的性能取决于薄膜和硬质合金(WC-Co)基体之间的结合强度,如结合强度过低,沉积在硬质合金上的金刚石薄膜涂层将承受不了切削过程中的剪切力而容易脱落,从而导致刀具早期失效。这个问题迄今尚未得到圆满解决。其主要原因有两点。
A.热膨胀系数不协调,导致在金刚石与硬质合金界面上产生了较大的热应力。
B.在刀具表面碳与薄膜层中的钴之间产生交互作用。
由于CVD金刚石薄膜涂层刀具制作工艺简单,成本低廉,可开发的刀具品种较多,而且可以作成各种复杂的几何形状。目前的刀具市场分析普遍认为,CVD金刚石薄膜涂层刀具市场潜力巨大,是今后的发展方向。
③ CVD金刚石厚膜焊接刀具
PCD是金刚石粉与结合剂混合在一起烧结而成,因此硬度受到结合剂的影响,而CVD厚膜金刚石是纯金刚石组成,其硬度接近天然金刚石,比PCD的硬度高得多。与天然金刚石不同的是,CVD厚膜金刚石具有各向同性,而且成本低,因此在许多方面将取代PCD,如沉积质量进一步提高,在超精密加工中也有取代天然金刚石的可能,因此很受超精密加工领域的重视。但CVD金刚石厚膜的表面比较粗糙,给刀具的刃磨和抛光带来较大困难。
通过近十年来的应用研究和开发,CVD金刚石厚膜刀具生产工艺已较成熟,产品逐步产品化,已进入试用阶段。美国肯纳金属公司、通用汽车公司和诺顿公司等;日本的三菱金属公司等;欧洲瑞典的山特维克公司、德国的格林公司等已有产品销售。
由于CVD厚膜金刚石的高耐磨性和高热稳定性,在高耐磨材料的告诉切削加工领域具有很大的潜力。CVD金刚石厚膜焊接刀具目前的成本较高,但随着技术的发展,它将是PCD刀具有力的竞争对手。
不同金刚石刀具的使用特性比较
PCD刀具、PCD金刚石刀具和单晶金刚石刀具都有各自的特点:
PCD可焊接、机械磨削性和断裂热性最高,耐磨损性和刃口质量居中,耐腐蚀性最差。CVD厚膜耐腐蚀性最好,机械磨削性、刃口质量、断裂热性和耐磨损性居中,可焊性最差。人工合成单晶金刚石刃口质量、耐磨损性和耐腐蚀性最好,可焊性、机械磨削性和断裂韧性最差。
CVD金刚石与PCD最大不同之处是没有结合剂,是纯金刚石,而且是在低温(<1000℃)和低压(<0.1MPa)条件下制成的,杂质含量低,纯度接近100%。与PCD相比,CVD金刚石刀具硬度更高、耐磨性更好、摩擦系数更小、热导率更高、化学和热稳定性更好。CVD金刚石刀具的性能优于PCD刀具,刀具使用寿命可延长2~3倍。CVD金刚石的缺点是韧性不如PCD,而且不导电。缺乏导电性阻碍了对其进行放电加工,而放点加工在金刚石刀具加工业的生产和修整得到了广泛应用。CVD金刚石刀具一般比PCD刀具的切速高,常用于铝、铜等有色金属及塑料凳非金属的精加工和半精加工。
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