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超微细晶粒金刚石涂层刀具的发展趋势

超微细晶粒金刚石涂层刀具的发展趋势
 
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 点击数: 【字号  发布时间:2009/01/13
 
超微细晶粒金刚石涂层刀具的发展趋势介绍

    1 超微细结晶金刚石涂层技术的开发
    用传统的气相沉积法涂覆的金刚石涂层的晶粒度约为10μm左右,故涂层表面较为粗糙,不能用于高精加工。用气相沉积法生成的金刚石晶体是以前处理的晶核为基点,生长成为涂层厚度大小的晶粒。因此,如果涂层厚度较小,就能生成微细晶粒的涂层。但是,金刚石涂层本身需要具有必要的强度,因此希望涂层厚度在10μm以上。通过适当组合涂前处理与等离子工艺条件,就能获得超微细晶粒的金刚石涂层。

    2 金刚石薄膜涂层的涂覆原理
    金刚石薄膜涂层的涂覆原理是以碳氢化合物气体(如甲烷)作为主要原料,以氢气作为载流体,采用等离子CVD法在复杂刀具表面生成金刚石薄膜涂层。提供等离子的方法有直流放电法、微波法、热灯丝法等,在工业应用上,主要采用微波法和热灯丝法。在等离子状态下,碳氢化合物气体的碳原子转变为SP3键结合的金刚石、SP键或SP2键结合的DLC和石墨。DLC、石墨被载流气体氢清除后,只有优质的金刚石沉积在基体表面。金刚石涂层刀具的基体材料需要具有足够的强度,目前采用硬质合金作为基体材料,高速钢、模具钢等都不能作为金刚石涂层的基体材料。
    制造金刚石涂层硬质合金刀具时,刀具的涂前处理十分重要。由于硬质合金中钴的存在会影响金刚石的生成,因此在涂层前要去除硬质合金基体表层中的钴。在涂覆金刚石涂层时,涂层元素与硬质合金基体元素之间不会相互扩散,为了防止涂层与基体结合不牢固,必须将基体表面处理成有一定凹凸的表面。前处理过程要一直持续到金刚石涂覆完全生核为止。金刚石薄膜涂层的质量几乎完全取决于涂前处理质量的优劣。金刚石涂层硬质合金立铣刀的刀尖涂层厚度约为10μm左右。
    3 超微细晶粒金刚石涂层刀具的切削性能
    (1)金刚石涂层立铣刀
    过去,金刚石涂层立铣刀仅用于石墨的切削加工。用金刚石涂层刀具加工铝合金能充分发挥其优良的切削性能。但由于普通晶粒金刚石涂层表面较粗糙,按表1切削条件立铣特超级硬铝时难以获得优良的加工表面;而用超微细晶粒金刚石涂层立铣刀则能获得优良的加工表面;用未涂层的立铣刀也可以获得类似的加工表面。
    表1 铝合金的切削条件
    切削刀具:φ6mm2刃硬质合金立铣

 
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