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| 金剛石薄膜涂層刀具 金剛石具有硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)小、導熱性高、熱膨脹系數(shù)低和電絕緣性等特性，是加工刀具的理想材料。金剛石薄膜涂層刀具便是利用低壓化學氣相沉積技術（CVD）在韌性好、強度高的硬質(zhì)合金基體上生長出一層由多晶組成的金剛石膜制造而成的，兼具了硬質(zhì)合金與金剛石薄膜的性能的超硬材料刀具。這種金剛石薄膜涂層刀具的合成工藝簡單，質(zhì)量易于控制，成本低廉，并且可在形狀復雜的基體表面大面積沉積高質(zhì)量金剛石膜，極富市場競爭力，是一種發(fā)展前景極其廣闊的新型超硬刀具材料。 金剛石薄膜作為刀具涂層，首先要求薄膜有較高的質(zhì)量，主要體現(xiàn)在薄膜的結構要均勻，缺陷盡可能少，尤其是裂紋。裂紋的存在不僅對刀具的性能產(chǎn)生不良的影響，還會嚴重縮減刀具的使用壽命。目前，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)研究出多種化學氣相沉積法，目前應用較為廣泛的主要由熱絲CVD法、微波等離子CVD法、直流電弧等離子噴射CVD法。雖然金剛石薄膜沉積機理等問題尚未完全認識，但在各種基體上沉積金剛石膜技術已經(jīng)在一定程度上達到了成熟，并能夠通過改變工藝條件在各種基體上得到結構均勻、性能優(yōu)良的金剛石薄膜。 其次，金剛石涂層刀具的刃磨問題也是限制其應用的關鍵問題。由于化學氣相沉積得到的是較粗顆粒的金剛石，故在成刀后需要對其刃磨，以保證高精度切削。刃磨不僅工藝復雜，并且在刃磨過程中也很容易對金剛石薄膜的質(zhì)量和使用壽命產(chǎn)生不良影響。目前已有研究單位利用改變金剛石薄膜沉積工藝條件來得到較細顆粒甚至納米級的金剛石。小顆粒的金剛石在成刀后不需刃磨，即降低了刀具制造成本，也降低了刃磨對刀具的不利影響。 第三，金剛石薄膜與硬質(zhì)合金基體之間的附著力也是金剛石涂層刀具應用的關鍵技術問題。在機械加工過程中，金剛石薄膜與基體之間的附著力過小，則在切削里的作用下（特別是在高速重負荷切削中），CVD金剛石薄膜會過早的從刀具基體上剝離，極大的降低了CVD金剛石涂層刀具的使用壽命及切削性能。為了提高金剛石涂層與硬質(zhì)合金基體間的附著力，發(fā)展了許多硬質(zhì)合金基體的預處理方法，包括酸液侵蝕或等離子體刻蝕去除鈷，在金剛石薄膜和硬質(zhì)合金基體之間施加各種過渡層，以及機械或化學熱處理。 對于金剛石薄膜刀具的結構來說，其厚度是有一定的臨界值的。薄膜太薄，磨損快，刀具使用壽命不長；太厚則與硬質(zhì)合金基體的粘附性變差且制造成本增加。從提高附著強度的角度考慮，金剛石薄膜涂層厚度不宜超過10μm。另外，薄膜表面的粗糙度也是影響切削性能的關鍵因素，它決定著加工工件的精度。采用細顆粒甚至納米級的金剛石與硬質(zhì)合金基體進行連接，提高薄膜與基體的結合力的同時，也可降低薄膜表面的粗糙度。 金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的各種優(yōu)點，使其在機械加工領域有極大的應用市場。由于目前金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的一些技術和市場方面的原因，其市場規(guī)模還不理想。但是可以預見，隨著未來的技術進步和相關應用領域，特別是汽車、航空航天、集成電路板卡應用的擴大，金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的市場前景將不可限量。 |
