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加工复合材料的新利器——DLC涂层刀具
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近期成功开发的DLC(类金刚石)涂层刀具表面呈非晶质组织,粗糙度好,摩擦系数小,抗粘结烧结性能强,硬度接近金刚石,是加工复合材料的新利器。

  

  由于复合材料(如纤维增强金属、纤维增强塑料、烧结材料、石英玻璃及陶瓷等),硬度高,有的脆性大,有的过于强韧,增强基体的纤维与硬物质在切削过程中相当于磨料反过来磨耗刀具,而且复合材料本身耐热性高,导热性差,切削温度传导不出去,一般刀具材料的红硬性都有一定限度,故在加工过程中刀具很快被磨损。以前能加工这些材料的只有金刚石类刀具,此类刀具价格昂贵;同时由于其组织是金刚石结晶体,存在突出的棱角,直接影响加工表面粗糙度,并使切屑排出不畅。

  

  近期开发成功的DLC(类金刚石)涂层是加工复合材料的优异刀具材料。下面将金刚石与类金刚石的特性作一说明。

  

  金刚石

  

  金刚石分为:

  

  ①天然金刚石(ND)——结晶各向异性,在进行刃磨和使用时,须选择适当的方向。

  

  ②人造聚晶金刚石(PCD)——以石墨为原料,在高温(约几千℃)、高压(约500MPa)下压制烧结形成。人造金刚石各向同性,硬度低于ND,韧性高于ND。

  

  ③人造聚晶金刚石复合片(PCD/CC)——是以硬质合金刀片为基底,在其上烧结或压制出一层0.5~1.0mm厚的PCD,构成复合刀片,兼有硬质合金与PCD的特性。

  

  ④金刚石薄膜涂层刀具(CD)——用化学气相沉积(CVD)方法在刀具表面涂覆一层厚10~25μm的金刚石薄膜,是在低压条件下沉积合成的金刚石薄膜。

  

  ⑤金刚石厚膜涂层刀具(TFD)——CVD可以在基体上沉积出大于0.2mm的厚膜,此厚膜可被切割出一定尺寸形状,焊在硬质合金刀片上使用。

  

  金刚石硬度最高可达HV10000,自身耐热性高,热导率最高2100W/(m·K),故红硬性特高,热膨胀系数小,约3.1×10-6/K,耐冲击性能也比较好。杨氏模量高达1144GPa,耐塑性变形能力高。

  

  金刚石刀具适合加工各类复合材料以及非铁金属如铝、铜及其合金,包括难加工的高硅铝;尚可加工各类难加工复合系烧结材料、陶瓷、硬质合金、玻璃、木材等。但不适宜加工铁、镍、钻等铁族材料,因为加工这些材料时切削温度大于700℃,铁有催化作用,使金刚石转化为石墨,导致金刚石刀具本身磨损加速。硬质合金中虽含钴结合相,因催化作用较缓和,故也可算为复合材料的硬质合金,可用金刚石刀具切削,而其他刀具材料硬度不够,根本无法切削此种材料。
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