硬质合金CVD金刚石涂层刀具的制备及其试验研究

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CVD金刚石薄膜涂层具有十分接近天然金刚石的硬度,热导率高、弹性模量大、低的热膨胀系数和摩擦系数以及良好的化学稳定性质,被誉为本世纪最具有发展前景的涂层材料。随着新型复合材料和耐磨材料在高精尖工业领域的广泛应用,对加工材料的刀具提出了更高的要求。而金刚石薄膜与硬质合金刀具的结合,不仅具有传统硬质合金刀具的韧性,又具有金刚石材料的硬度,因此成为加工新型复合材料的理想刀具,在机械加工切削领域具有极大的应用前景。  本文对沉积过程中金刚石薄膜涂层刀具的膜基应力、不同预处理作用下的膜基附着强度、复杂型面金刚石薄膜涂层刀具的制备及其切削性能进行了研究。首先,利用ANSYS有限元软件,建立平面金刚石薄膜涂层刀片的有限元模型,施加在沉积过程中的热载荷,得到其应力分布图,并进行理论值验算,进一步研究沉积因素对其应力的影响,为后续金刚石薄膜涂层刀具制备提供技术支持。其次,对简单的平面衬底进行三种不同的预处理,采用降低膜基应力的热丝CVD工艺在平面刀片上进行金刚石薄膜的沉积,采用扫描电子显微镜检测金刚石颗粒的大小和形状,用激光拉曼光谱对金刚石薄膜的质量进行检测,运用压痕法对制备的金刚石涂层刀片进行膜基附着强度试验,得到膜基附着强度较好的预处理方法。最后,以复杂型面的硬质合金立铣刀为衬底,通过改进后的沉积装置和热丝布置方式,运用优化的沉积工艺制备金刚石涂层刀具,通过加工碳化硅增强铝基复合材料,在工件表面质量、铣削力和磨损量等方面和未涂层的硬质合金刀具相比较,对复杂型面金刚石涂层刀具的切削性能进行评价。
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