本發(fā)明屬于機(jī)械加工與切削，具體涉及一種利用金剛石涂層刀具對純鐵進(jìn)行精密切削加工的方法。

背景技術(shù)：

1、純鐵（含碳量0.02%以下）因其具備高磁導(dǎo)率和低矯頑力，在多個工業(yè)領(lǐng)域中具有重要價值。依賴于其卓越的磁性能，純鐵主要被應(yīng)用于電磁器件中，如變壓器鐵芯和繼電器。此外，純鐵作為一種標(biāo)準(zhǔn)材料，在物理學(xué)和材料科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)揮著校準(zhǔn)和基準(zhǔn)作用，同時也被用作合金添加劑來改變其他金屬的性能，比如在低合金鋼和不銹鋼的制造中，以改善其物理特性。

2、在這些應(yīng)用中，材料的表面質(zhì)量和加工精度對最終產(chǎn)品性能有著顯著影響。超精密切削加工是一種高精度的機(jī)械加工技術(shù)，要求加工表面粗糙度在數(shù)十納米的尺度，能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米級別的表面光潔度，顯著減少傳統(tǒng)加工留下的表面缺陷，使得產(chǎn)品更具一致性和可靠性。此外，它允許對復(fù)雜幾何形狀進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，滿足現(xiàn)代精密制造的需求。此外，相比傳統(tǒng)加工方法，超精密切削技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還在于，它對材料施加的熱影響非常小，這有助于維持純鐵的原有磁性和其他電學(xué)特性。因此，通過超精密切削加工對純鐵部件進(jìn)行高質(zhì)量加工，是提升純鐵產(chǎn)品性能、拓展其應(yīng)用范圍，尤其是在現(xiàn)代高科技領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

3、常用的純鐵超精密切削加工用刀具以金剛石單晶刀具為主，以保證切削過程中的精度和表面質(zhì)量。然而，由于材料固有的機(jī)械和物理特性，在純鐵超精密切削加工過程中，刀-屑間由于劇烈的摩擦和局部高溫會導(dǎo)致切屑在金剛石刀具前刀面粘結(jié)，由此引起切削過程不穩(wěn)定，加工表面質(zhì)量差。此外，鐵作為黑色過渡金屬，在切削微區(qū)附近高溫高壓作用下會催化金剛石刀具的石墨化反應(yīng)，導(dǎo)致金剛石刀具刃口損傷，刀具壽命降低。

4、因此，有必要研發(fā)可以改善純鐵材料超精密切削加工中金剛石刀具與切屑間摩擦狀態(tài)，同時抑制純鐵對于金剛石刀具石墨化反應(yīng)的金剛石刀具，對于實(shí)現(xiàn)純鐵材料超精密切削加工獲得高質(zhì)量表面至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種利用金剛石涂層刀具對純鐵進(jìn)行精密切削加工的方法，通過對金剛石刀具表面進(jìn)行預(yù)處理，從而減小金剛石刀具與純鐵切屑間的摩擦作用，提高切削質(zhì)量和刀具壽命。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了一種利用金剛石涂層刀具對純鐵進(jìn)行精密切削加工的方法，所述方法為：

3、（1）制備金剛石涂層刀具；

4、單晶金剛石刀具加入全氟聚醚溶液中，50-65℃溫度下，水浴加熱1-2小時，然后將單晶金剛石刀具在100-400℃溫度下加熱1-2小時，然后清洗，制得鍍覆全氟聚醚涂層的金剛石涂層刀具；

5、（2）采用金剛石涂層刀具，在切削液的潤滑作用下，對純鐵進(jìn)行精密切削加工。

6、所述全氟聚醚涂層的厚度為3~5nm。

7、所述單晶金剛石刀具是在高溫高壓條件下人工合成得到，可通過市售獲得。

8、所述步驟（1）中，全氟聚醚溶液為全氟烷基乙醇溶于三氟三氯乙烷的溶液。

9、進(jìn)一步，所述全氟聚醚溶液中，全氟烷基乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5~0.7%，優(yōu)選0.6~0.65%，更優(yōu)選0.65%。

10、所述步驟（1）中，水浴加熱的溫度優(yōu)選55~60℃。

11、本發(fā)明中，水浴溫度為50-65℃，?50℃以上，全氟聚醚溶液即發(fā)生沸騰，實(shí)驗(yàn)證明，如果反應(yīng)溫度低于沸點(diǎn)，全氟聚醚無法與金剛石刀具表面發(fā)生化學(xué)吸附作用，因此本發(fā)明反應(yīng)優(yōu)選在全氟聚醚溶液沸點(diǎn)以上進(jìn)行反應(yīng)。但如果水浴溫度高于65℃，全氟聚醚溶液持續(xù)沸騰，溶劑蒸發(fā)，溶液濃度發(fā)生變化，熱鍍覆厚度不均勻。

12、優(yōu)選步驟（1）水浴加熱時，采用回流裝置，防止全氟聚醚溶液的溶劑蒸發(fā)。

13、即水浴加熱優(yōu)選為，水浴加熱至回流，進(jìn)行反應(yīng)。

14、為了保證沸騰的連續(xù)性和充分性，優(yōu)選水浴加熱的溫度為55~60℃。

15、水浴加熱的時間為1~2小時。若水浴加熱時間小于1小時，全氟聚醚與金剛石刀具表面結(jié)合強(qiáng)度不足，切削過程中全氟聚醚涂層容易脫落。水浴加熱時間大于2小時，全氟聚醚涂層上有多余的未與金剛石表面發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)全氟聚醚殘留，使后續(xù)的在有機(jī)溶液中清洗時間加長。優(yōu)選加熱1小時。

16、水浴加熱之后再將所述的金剛石刀具放置在100-400℃溫度下加熱1-2小時而實(shí)現(xiàn)全氟聚醚涂層的鍍覆。其中，加熱溫度低于100℃，會導(dǎo)致全氟聚醚與金剛石刀具表面結(jié)合強(qiáng)度不足，切削過程中全氟聚醚涂層容易脫落。加熱溫度高于400℃，則全氟聚醚涂層會在空氣中熱分解而失效。

17、進(jìn)一步地，所述步驟（1）中，清洗優(yōu)選在有機(jī)溶液中超聲清洗15分鐘以上，更優(yōu)選清洗15~30分鐘。

18、所述有機(jī)溶液優(yōu)選丙酮、乙醚、汽油、乙醇、三氯乙烷和三氯乙烯中的一種或多種，更優(yōu)選三氯乙烷。若清洗時間低于15分鐘，則金剛石刀具表面容易殘留未與金剛石表面發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)的全氟聚醚，影響應(yīng)用效果。

19、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟（1）按以下步驟進(jìn)行：

20、將單晶金剛石刀具加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.65%的全氟聚醚溶液中，55℃溫度下，水浴加熱回流1小時，然后將單晶金剛石刀具在100℃溫度下加熱1-2小時，三氯乙烷中清洗15分鐘，制得鍍覆全氟聚醚涂層的金剛石涂層刀具。

21、所述步驟（2）中，所述切削液優(yōu)選酯基切削液，以起到改善刀-屑間摩擦狀態(tài)的目的。

22、切削液的應(yīng)用方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。一般來說，通過高壓氣將切削液通過噴嘴噴射成霧滴，并導(dǎo)向切削區(qū)域。

23、本發(fā)明提供通過對金剛石刀具的表面鍍覆全氟聚醚涂層，改善了純鐵超精密切削加工過程中金剛石刀具與切屑的摩擦狀態(tài)?；诮饎偸毒吖δ芑乃悸?，通過全氟聚醚涂層中羥基基團(tuán)與金剛石刀具表面懸碳原子之間的共價鍵合作用，在金剛石刀具表面形成納米厚度的保護(hù)涂層，全氟聚醚涂層表面的單取向氟原子層能夠有效降低金剛石刀具表面能，增加酯基切削液在金剛石刀具表面潤濕角，有助于切削液在切削區(qū)的擴(kuò)散、保留和置換，由此減小刀-屑間的摩擦作用，促進(jìn)前刀面切屑流動和排出。與此同時，全氟聚醚涂層還起到隔離純鐵與金剛石刀具接觸表面的作用，建立保護(hù)屏障，有效減緩刀-屑間化學(xué)反應(yīng)，避免純鐵對金剛石刀具的催化反應(yīng)，防止金剛石刀具石墨化磨損，減輕金剛石刀具化學(xué)損傷，提升刀具壽命。本發(fā)明的純鐵切削加工用金剛石涂層刀具對于純鐵超精密切削加工以獲得高質(zhì)量加工表面有重要作用，本發(fā)明方法具有極強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種利用金剛石涂層刀具對純鐵進(jìn)行精密切削加工的方法，其特征在于所述方法為：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述全氟聚醚涂層的厚度為3~5nm。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟（1）中，全氟聚醚溶液為全氟烷基乙醇溶于三氟三氯乙烷的溶液。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述全氟聚醚溶液中，全氟烷基乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5~0.7%。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述全氟聚醚溶液中，全氟烷基乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6~0.65%。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟（1）中，水浴加熱的溫度為55~60℃。

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟（1）中，所述清洗是在有機(jī)溶液中超聲清洗15分鐘以上。

8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述有機(jī)溶液為丙酮、乙醚、汽油、乙醇、三氯乙烷和三氯乙烯中的一種或多種。

9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟（1）按以下步驟進(jìn)行：

10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟（2）中，所述切削液為酯基切削液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用金剛石涂層刀具對純鐵進(jìn)行精密切削加工的方法，所述方法為：（1）制備金剛石涂層刀具；單晶金剛石刀具加入全氟聚醚溶液中，50?65℃溫度下，水浴加熱1?2小時，然后將單晶金剛石刀具在100?400℃溫度下加熱1?2小時，清洗，制得鍍覆全氟聚醚涂層的金剛石涂層刀具；（2）采用金剛石涂層刀具，在切削液的潤滑下，對純鐵進(jìn)行精密切削加工。本發(fā)明的全氟聚醚涂層金剛石刀具能夠有效降低金剛石刀具表面能，減小刀?屑間的摩擦作用，促進(jìn)前刀面切屑流動和排出。并且全氟聚醚涂層能夠建立保護(hù)屏障，有效隔離刀?屑界面接觸，抑制純鐵對金剛石刀具的催化反應(yīng)，防止金剛石刀具石墨化磨損，提升刀具壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：陳遠(yuǎn)流,劉士荃,安亮,劉嘉駿,魏中華,杜姍,吳曉峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17