新型CVD金刚石涂层刀具铣削高性能各向同性石墨研究

利用自主研发的新型CVD金刚石复合涂层刀具对自行研制的高密高强各向同性石墨材料进行了铣削加工试验,对比测试了新型CVD金刚石复合涂层刀具与PCD刀具的切削性能。试验结果表明,PCD刀具铣削加工25min其后刀面磨损已超过磨钝标准0.3 mm,新型CVD金刚石复合涂层刀具加工到45 min时,其后刀面磨损量仅为0.25 mm,这说明新型CVD金刚石复合涂层刀具高速铣削石墨时表现出良好的耐磨性和使用寿命,可以适应高性能各向同性石墨的加工需求。铣削加工试验还发现新型CVD金刚石复合涂层刀具加工的石墨表面质量在初期不如PCD刀具,但在更长时间加工情况下,其加工表面质量优于PCD刀具。

碳纤维复合材料专用CVD金刚石涂层刀具的制备及试验研究

碳纤维增强复合材料(简称碳纤维复合材料)是以石墨纤维或碳纤维为增强材料的复合材料,具有耐磨性好、耐高温、强度高、密度小、比刚度高和低温性能好等优点,但在钻削过程中易使普通的硬质合金刀具磨损。而金刚石涂层刀具在钻削较硬金属材料和非金属材料时,具有良好的切削加工性。通过CVD金刚石刀具与普通的硬质合金刀具对碳纤维复合材料的钻削试验对比以及两种刀具的磨损研究可以得出,CVD金刚石涂层刀具的钻削性能明显好于普通的硬质合金刀具。

阶梯型复合刀具CVD金刚石涂层制备工艺及应用研究

针对加工阶梯孔类的阶梯型复合刀具,采用热丝辅助化学气相沉积技术(HFCVD),通过超声辅助酸碱两步预处理法,并且采用钽丝上下两层平行布置的沉积装置,调节生长参数,研究了YG6硬质合金阶梯型复合刀具的金刚石涂层制备技术。为了研究涂层性能,以含少量石棉的复合纤维刹车片作为加工对象,分别对比实验了金刚石涂层和未涂层刀具的钻削性能。结果表明:相对传统单层热丝沉积工艺,采用双层热丝布置方式,在涂层过程中能使切削刃各个部分的温度保持平衡稳定,使得阶梯复合刀具每个切削刃都能均匀地涂上一层金刚石薄膜。采用该方法沉积的金刚石涂层阶梯复合刀具在钻削过程中具有良好的切削性能及附着强度,特别是在高速加工中金刚石涂层阶梯复合刀具在轴向钻削力及扭矩方面都小于未涂层刀具,金刚石涂层阶梯复合刀具在钻削刹车片阶梯复合孔加工中具有显著的优势。

CVD金刚石涂层刀具在石材铣削中的磨损特性研究

为了揭示CVD金刚石薄膜涂层刀具在硬脆材料切削中的刀具切削性能与磨损机理,利用不同沉积参数下的金刚石涂层刀具对天然石材进行了高效铣削实验。针对金刚石涂层刀具和未涂层硬质合金刀具的磨损周期和切削性能,分析刀具切削力和工件表面粗糙度随后刀面磨损面积的变化规律,总结刀具磨损机理。实验结果表明:金刚石涂层刀具切削寿命高于未涂层硬质合金刀具;金刚石刀具的磨损周期可以分为初始磨损区、稳定磨损区和加剧磨损区3个阶段,其中甲烷浓度为1%的金刚石涂层刀具寿命较长,切削性能稳定;金刚石涂层刀具的磨损机理主要包括裂纹作用下的涂层剥落、涂层内部晶间断裂和粘结磨损,其中裂纹作用下的膜-基涂层剥落磨损为刀具失效的主要磨损机制。

CVD金刚石涂层刀具在石墨加工中的应用

CVD金刚石涂层是一种新型材料,相比于硬质合金具有更高的切削性能,适用于有色金属和非金属材料的切削加工。本文利用CVD金刚石涂层刀具和硬质合金刀具对石墨进行切削试验,将两种刀具寿命作比较,结果表明:CVD涂层刀具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨和高导热的优异性能,与未涂层刀具相比,大幅提高了刀具的耐用度。

W18Cr4V高速钢衬底CVD金刚石涂层沉积技术研究

研究了通过热丝CVD法在施加了Ni-P/Cu复合中间过渡层的W18Cr4V高速钢衬底表面进行金刚石涂层的沉积技术以及不同压力条件对沉积出的CVD金刚石涂层质量的影响。最后通过扫描电镜分别对Cu、Ni-P以及不同反应压力下沉积的金刚石涂层的表面形貌进行了检测分析,通过XRD、拉曼光谱仪、洛氏硬度仪对金刚石涂层性能进行检测分析。结果表明:Ni-P/Cu复合中间过渡层可以明显的抑制Fe、Co的催石墨化作用。在此基础上通过沉积参数的优化,在W18Cr4V高速钢衬底表面成功沉积出高质量的CVD金刚石涂层。压力为4 kPa条件下沉积的CVD金刚石涂层较5 k Pa的金刚石颗粒晶型明显、分布致密。

CVD金刚石涂层刀具高效铣削天然理石的切削特性实验研究

为研究天然理石切削过程中刀具切削力与切削质量变化特性,利用CVD金刚石薄膜涂层刀具和未涂层硬质合金刀具进行高效铣削实验。基于刀具-工件几何接触关系,推导铣削力数学模型,分析不同类型刀具切削力、工件表面粗糙度随切削参数和切削时间变化特性。研究表明:金刚石涂层刀具切削力明显小于未涂层硬质合金刀具,2种类型刀具的切削力随切削参数的变化特征基本相同;随着切削时间的增加,刀具切削力变化分为4个阶段:初始磨合阶段、稳定阶段、过渡阶段和刀具磨损加剧阶段。金刚石涂层刀具切削磨合期和稳定期持续时间为未涂层刀具的3.5倍,切削力和工件表面粗糙度变化比较平稳;未涂层刀具切削平稳期持续时间很短,切削力增长趋势明显,且在切削力增长后期工件表面粗糙度达到2.5μm。

应用CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石

通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备了具有球状晶结构、棱锥形晶结构和棱柱形晶结构等3种不同表面特征的化学气相沉积(CVD)金刚石涂层工具,以提高其研磨效率。通过正交实验法研究了金刚石涂层晶粒形态、载荷、工作台转速、研磨时间等4个工艺参数对蓝宝石材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明:金刚石涂层的晶粒形态对材料去除率和表面粗糙度影响较大;球状晶结构金刚石涂层切向力较小,棱柱形晶结构金刚石涂层切向力较大;选择棱柱形晶CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石,在研磨加工参数为载荷0.15 MPa、转速100 r/min、研磨时间3 min时,其材料去除率为0.397μm/min,表面粗糙度为0.354μm。结果表明:提出的CVD金刚石涂层工具可用于进一步加工、研磨蓝宝石切片,去除其表面划痕,从而改善工件表面质量。

CVD金刚石涂层拉伸模具内孔的抛光装置研制

在CVD金刚石膜抛光机理研究的基础上,采用模块化的设计思想,对抛光装置的模具装夹及传动模块、抛光头及传动模块、高频感应加热模块、抛光装置床身模块进行了设计,完成了CVD金刚石涂层拉伸模具内孔的抛光装置的研制。用此装置抛光在保证较高的抛光效率的同时可以获得较好的表面质量。

CVD金刚石涂层工具的水膜辅助脉冲激光加工技术研究

为了揭示水膜层在CVD金刚石涂层磨削工具脉冲激光加工过程中的重铸层抑制作用,基于皮秒脉冲激光加工实验,研究水膜辅助对激光加工重铸层的影响。并在此基础上,采用激光烧蚀实验与理论建模相结合的方法,研究水膜辅助激光功率和扫描速度等加工参数对烧蚀沟槽几何尺寸和形貌特征的影响规律,并验证激光加工理论模型的准确性。结果表明,材料表面形成的水膜层能有效抑制脉冲激光加工重铸层的形成,加工后的材料表面与内部均未发现重铸物质。水膜辅助激光加工实验结果与单纯激光加工理论计算模型吻合度较高,说明水膜层能够有效消除由重铸层引起的激光烧蚀阻碍作用,从而提高激光加工效率。因此,水膜辅助脉冲激光加工技术为新型CVD金刚石涂层磨削工具提供了精密高效的加工方法。

基于CVD金刚石涂层刀具的CFRP高速铣削切削力的试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种典型的难加工材料,文章利用化学气相沉积(CVD)金刚石涂层刀具以及Kistler 9129AA型测力仪,基于单因素实验法,探索了切削参数对CFRP加工过程中切削力、工件表面质量、刀具磨损的影响。实验结果显示:提高主轴转速可有效降低CFRP加工时的切削力,但随着切削深度和进给量的增加,切削力仍显著增加;CVD金刚石涂层刀具在切削42 m后,涂层出现剥落,主要原因是刀具表面与切屑产生磨粒磨损,并且刀具硬质合金基体与涂层热膨胀系数不同,在刀具温度升高的情况下使涂层出现裂纹,加快了涂层的剥落;如果想获得较好的表面质量和更少的加工缺陷,应该选用顺铣、大转速、小进给量及小切削深度。

CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具研究进展

介绍了模具石墨的性能特点和切削加工机理,指出了复杂结构电火花石墨模具铣削加工中的困难,提出了CVD金刚石涂层刀具的解决方案。在此基础上介绍了国内外CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的工艺特点以及加工中CVD金刚石涂层刀具的磨损机制和破损失效形式,并列举了CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的应用,指出CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工可解决石墨模具难以加工这一难题,若能进一步解决CVD金刚石涂层刀具的膜-基结合力和表面粗糙度问题,预期CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具可得以广泛推广应用。

高质量CVD金刚石薄膜涂层拉拔模的制备与应用研究

介绍化学气相法(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备CVD金刚石薄膜涂层拉丝模方法,并在线材的拉拔生产过程中对其性能进行了应用研究。首先,采用热丝化学气相沉积法(HotFilament Chemical Vapor Deposition,HFCVD)在硬质合金拉丝模的内表面(内孔直径为φ3.8 mm)沉积了高质量的CVD金刚石薄膜,并采用扫描电镜、拉曼光谱对沉积在模具内孔表面的CVD金刚石薄膜的表面形貌、薄膜质量进行了检测和评估。在实际拉拔生产线上对制备的CVD金刚石薄膜涂层拉拔模具进行了应用试验,结果表明,金刚石薄膜涂层拉丝模的工作寿命比传统硬质合金模具提高了8～10倍,并且拉制的线材具有更好的表面质量。

CVD金刚石复合涂层分析及其在石墨刀中的应用

在热丝化学气相沉积法(HFCVD)中,以甲烷和氢气的混合物作为反应气源,通过调整和改变反应过程中反应压力、甲烷的浓度比例,在硬质合金铣刀表面沉积了常态和微米、纳米复合形态的金刚石薄膜。通过电子显微镜对金刚石复合薄膜的表面形貌和结构特征进行分析,并在石墨电极、石墨热成型模具等的实际生产加工中,根据刀具的使用时间和磨损状态对复合涂层的结合力和加工综合品质加以验证。结果表明,CVD金刚石沉积晶粒的大小随反应气体沉积气压的变化而变化,调整不同反应阶段的气体压力等参数可以得到复合形态的金刚石薄膜。复合金刚石膜具有更好的结合力和表面平整度,在实际刀具使用过程中可以得到更好的加工表面质量,并显著延长刀具寿命,具有较高的应用价值。

超光滑金刚石涂层拉拔模具在水润滑条件下的应用(英文)

提出微/纳米多层超光滑金刚石复合薄膜的沉积工艺,采用经过改进的热丝CVD沉积装置,能够在孔径d1.0mm～60mm的硬质合金拉拔模具内孔表面沉积具有优异耐磨减摩特性的超光滑金刚石复合涂层。采用表面轮廓仪对超光滑金刚石复合涂层拉拔模具的内孔表面进行检测,结果显示拉拔模具入口区、工作区以及定径带位置的表面粗糙度分别为25.7,23.3和25.5nm。对超光滑金刚石复合涂层的摩擦磨损特性进行考察,结果表明,无论在干摩擦还是水润滑条件下,涂层与轴承钢、铜以及氮化硅陶瓷对摩时的摩擦因数均比常规微米金刚石涂层的低,并且还具有与微米金刚石涂层相当的表面耐磨性。采用制备的超光滑金刚石复合涂层拉拔模具在低碳钢管的拉拔加工过程中实现了基于水润滑的拉拔加工过程,与传统的硬质合金拉拔模具相比,单只超光滑金刚石复合涂层拉拔模具的拉拔产量可提高20倍左右。

纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化

采用热丝CVD法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌,并用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件,对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验,探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。结果表明:随着主轴转速n从5000 r/min提高到8000 r/min,工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低;当进给速度v_(f)在1000~7000 mm/min范围内,随着v_(f)提高工件平均表面粗糙度快速增大,在v_(f)为7000 mm/min时,其值达1.790μm;当轴向切削深度a_(p)在0.1~0.4 mm范围内,随着a_(p)提高,工件平均表面粗糙度逐步增大,但a_(p)在0.2 mm之后其增大趋势变缓。对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v_(f),其次为n,a_(p)的影响最弱;其精铣的最优参数组合是a_(p)=0.2 mm、v_(f)=1000 mm/min、n=8000 r/min,精铣后的表面粗糙度平均值为0.516μm。选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时,为得到较低的表面粗糙度,应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。

沉积温度对硬质合金金刚石涂层附着力影响的研究

采用压痕实验、扫描电镜与激光Raman光谱分析 ,实验研究了酸浸硬质合金基底上金刚石涂层的附着力随沉积温度的变化。结果表明 ,涂层质量随沉积温度降低而显著恶化 ,涂层应力则随沉积温度提高而上升。从提高涂层附着力的角度考虑 ,存在一个最佳沉积温度。在较低的沉积温度下 ,涂层自身的质量较低、力学性能较差 ,在载荷作用下易于破坏。提高沉积温度 ,涂层自身的质量可得到改善 ,但基底中的钴向基底表面扩散的倾向加大 ,而且热应力增大 ,会严重降低涂层与基底的附着力。除硬质合金基底的预处理工艺外 ,沉积工艺对金刚石涂层的组织。

超硬涂层刀具

涂层刀具的出现是刀具发展史上的一个重要里程碑,解决了刀具材料硬度和耐磨性愈高强度和韧性愈低的矛盾.金刚石等超硬涂层刀具的问世,是近几年来涂层技术发展的一个重大成就.它与新一代高速机床及工具系统相结合,使高速切削、干切削和硬加工技术得到迅速发展。

人造金刚石在木工刀具上的应用及展望

随着金刚石复合片技术和金刚石涂层技术的提升,配以我国强劲的人造金刚石微粒生产能力,聚晶金刚石复合刀片和金刚石涂层刀片全面取代单纯的硬质合金,成为主要的木工刀具材料应该很快就会变成现实,这也是所有木工刀具研究者最应关注和努力的方向。

碳纤维复合材料/铝合金叠层制孔的轴向力研究

采用三尖形的CVD金刚石涂层钻头钻削碳纤维复合材料/铝合金叠层,对制孔轴向力进行了测量,分别探讨了转速和进给量对叠层制孔轴向力的影响。通过回归分析,建立了轴向力随工艺参数变化的经验公式。对刀具不同磨损阶段下的制孔轴向力进行了检测,得到了制孔数量和后刀面磨损量对轴向力的影响规律。