專利名稱：一種制作金剛石薄膜刀具、工具的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金剛石薄膜刀具、工具的制備方法，具體涉及CVD金剛石膜后切割成刀具的制備方法。
制做金剛石薄膜刀具的傳統(tǒng)方法早已公開，是把待使用的刀片經(jīng)處理后直接放在涂覆爐里涂覆金剛石薄膜，然后直接使用。如參考文獻(xiàn)1.N.kikuchi，H.eto，T.okamura and H.Yoshjmura，Applications ofDiamend Films and Related Material.(c)Eleselier SciencePublishers BV，1991；2.Michael Seal，Applications of Diamond Films and Related Materials.Third International Conference 1995。
這些文章所描述的方法由于以下缺點，使得金剛石薄膜刀具的生產(chǎn)、使用受到限制。1.很難在刀片鋒利的刃口上均勻涂覆金剛石薄膜，因為在鋒利的刃口上很難進(jìn)行涂覆金剛石薄膜前的處理工作，比如用金剛石粉研磨，導(dǎo)致鋒利的刃口由于未很好進(jìn)行前處理而不易涂覆；還因為涂覆所用氣體在涂覆爐里快速流動，在鋒利的刃口處引起的邊緣效應(yīng)會使在刃口處的涂覆很困難；另外，涂覆時也很難控制刃口溫度均勻一致，而不均勻的溫度分布不能得到均勻涂覆。2.在刀具鋒利的刃口上涂覆金剛石薄膜其厚度難以掌握，會使刃口變鈍而限制刀具的使用范圍。3.直接涂覆的金剛石薄膜刀具刃口無法拋光，使刀具在使用過程中易粘刀，影響刀具的使用。4，直接涂覆的刀片是整體涂覆的，利用率低，生產(chǎn)效率低。5，直接涂覆的刀片只能一次性使用。
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種方法，僅在刀具刃口涂覆，而無需涂覆其它面。
本發(fā)明的金剛石刀具的制備方法包括在刃具基質(zhì)上CVD涂覆金剛石，按所需刀頭形狀切割；或者將按刀頭形狀切割好的刃具基質(zhì)基本拼成一體再進(jìn)行CVD涂覆金剛石膜；然后拋光刀頭金剛石膜面；焊接在刀體上，用磨刀機(jī)精修。
這樣做導(dǎo)致在大片的刃具基質(zhì)上的涂覆前處理，例如用金剛石粉研磨刃具基質(zhì)表面變得很簡單，在刀尖刃口處涂覆所引起的邊緣效應(yīng)影響不復(fù)存在，大片刃具基質(zhì)在涂覆時溫度控制非常容易，這三點對涂覆金剛石膜非常重要。
圖1是本發(fā)明制備車刀的一個實施方案簡圖。
圖2是本發(fā)明制備銑刀的一個實施方案簡圖。
圖3是本發(fā)明制備銑刀的一個實施方案簡圖。其中101指已涂覆金剛石薄膜的刃具基質(zhì)；102指已切割的刀粒；103指已完成的金剛石薄膜車刀。201指已涂覆金剛石薄膜的刃具基質(zhì)；202指已切割的刀片；203指已完成的金剛石簿膜銑刀。301指已涂覆金剛石薄膜的刃具基質(zhì)；302指已切割的刀片；303指已完成的金剛石簿膜銑刀。
在涂覆金剛石薄膜的刃具基質(zhì)應(yīng)用較多是硬質(zhì)合金、鋼鐵類等，由于這些材料的熱膨脹系數(shù)比金剛石大幾倍，在涂覆時從700℃以上的溫度降到室溫過程中，由于熱應(yīng)力的影響，如果金剛石膜較厚，則易脫落或影響使用效果；若金剛石膜太薄則沒有金剛石應(yīng)帶來的明顯效果，因此本發(fā)明金剛石膜厚度優(yōu)選1-100微米，更優(yōu)選5-50微米。
在刃具基質(zhì)涂覆CVD金剛石薄膜時，對基質(zhì)的表面形狀沒有特殊限制，例如可以是平面、球面、柱面或其它形狀。這就極大拓展了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。涂覆金剛石膜的表面既可以作為刀具的前刀面，也可作為后刀面，只要保證切削刃上有金剛石膜即可，利用上述特點可以制做金剛石薄膜車刀、銑刀、成形刀具、鉆頭等。
用CVD的許多方法都可在刃具基質(zhì)表面涂覆金剛石薄膜，在涂覆前都要對刃具基質(zhì)表面進(jìn)行預(yù)處理。直流等離子噴射方法的特點是涂覆快，可達(dá)40微米/小時，涂層與基質(zhì)結(jié)合良好，涂層整體比較均勻，但刃具基質(zhì)溫度較難控制。本申請人經(jīng)過長期試驗找到所用涂覆工藝的優(yōu)選參數(shù)氣體選用氫氣，氬氣，甲烷，甲烷/氫氣在1％-3％，涂覆溫度為700℃-950℃，涂覆壓力1KP-10KP。
另外，熱絲CVD的特點是刃具基質(zhì)的表層溫度較好控制，涂層均勻。所以本申請人還進(jìn)行了熱絲CVD試驗，找到的優(yōu)選參數(shù)是涂覆速率為5-20微米/小時，涂覆溫度700℃-900℃，涂覆壓力2KP-8KP，偏流為0.1-0.4A/cm2，所用氣體為氫氣，甲烷，甲烷/氫氣為1％-3％(流量比)。
如前所述，本發(fā)明的金剛石薄膜刀具制造方法與傳統(tǒng)方法相比有明顯的優(yōu)點，在刃具基質(zhì)表面涂覆金剛石薄膜后，一般用激光器切割成所需刀頭形狀，激光束對切縫處的金剛石薄膜燒蝕寬度一般為0.1毫米。在金剛石薄膜較薄的情況下，可用電火花切割，切割處薄膜受損寬度要小得多。然后對刀頭拋光，將刀頭焊接或粘接到刀體上，再用磨刀機(jī)修整，要磨去金剛石薄膜受損部分，這樣就完成金剛石薄膜刀具。
本發(fā)明方法和直接涂覆金剛石薄膜刀具方法相比，避開了刃口難以涂覆的缺點，利用金剛石薄膜涂覆設(shè)備效率高，刃具基質(zhì)表面容易處理，薄膜和基質(zhì)結(jié)合好，在使用過程中膜不脫落，可重磨后再使用。生產(chǎn)過程穩(wěn)定，生產(chǎn)出的刀具刃口鋒利，加工工件表面粗糙度可達(dá)0.08微米，在同一生產(chǎn)線上加工切削，刀具耐用度比末涂覆的硬質(zhì)合金刀具耐用度提高十幾倍到幾十倍(被加工材料愈硬，切削速度愈大，倍數(shù)愈大)，充分驗證了本發(fā)明制造金剛石薄膜刀具的方法是非?？扇『蛯嵱玫模瑳r且本發(fā)明制造的金剛石薄膜刀具磨損后可重磨，這和直接涂覆金剛石薄膜刀具完全不同，后者只能一次性使用。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明實施例1金剛石薄膜車刀的制做。
刃具基質(zhì)YG6硬質(zhì)合金圓片￠30×3毫米前處理酸除鈷，40微米金剛石粉研磨，超聲波清洗。
涂覆工藝直流等離子噴射法，甲烷/氫氣＝2.8％，涂覆溫度940℃，壓力9KP，膜厚40微米。
用激光來把圓片切成直角邊為4.5毫米的等腰直角三角形，拋光，焊接在刀體上，金剛石薄膜在前刀面，用磨刀機(jī)修整，即做成金剛石薄膜車刀，如圖1。
用這種車刀在生產(chǎn)線上切削鋁硅合金，同樣的加工參數(shù)加工工件是YG6硬質(zhì)合金刀具的22倍。
實施例2金剛石薄膜銑刀的制做。
刃具基質(zhì)YG6硬質(zhì)合金圓片，￠60×5毫米。
前處理酸除鈷，20微米金剛石粉研磨超聲波清洗。
涂覆工藝直流等離子噴射法，甲烷/氫氣＝1.2％，涂覆溫度750℃，壓力2KP，膜厚18微米。
用激光束把賀片切成長24毫米寬6毫米的矩形片，焊接在刀體上，金剛石薄膜在前刀面，用磨刀機(jī)修整，即做成金剛石薄膜銑刀，如圖2。
用這種銑刀在生產(chǎn)線上切割加工工件，同樣的加工參數(shù)，加工數(shù)量是YG6硬質(zhì)合金銑刀的18倍。
實施例3金剛石薄膜銑刀的制做。
刃具基質(zhì)YG6硬質(zhì)合金，形狀見圖3-301。
前處理酸除鈷，10微米金剛石粉研磨，超聲波清洗。涂覆工藝熱絲CVD法，甲烷/氫氣＝1.5％，壓力5KP，涂覆溫度800℃，偏流0.2A/cm2，膜厚8微米。
用電火花把涂覆金剛石薄膜的刃具基質(zhì)切割，如圖3-302，把切割片焊接到刀體上，前刀面無金剛石薄膜，后刀面有金剛石薄膜，即做成金剛石薄膜銑刀，如圖3-303。
權(quán)利要求
1.一種帶金剛石膜刀具的制備方法，其特征在于在刃具基質(zhì)上進(jìn)行CVD金剛石膜涂覆，然后切割成刃具；或者將切割好的刃具基質(zhì)基本拼接成一體進(jìn)行CVD金剛石膜涂覆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述CVD金剛石膜的厚度為1-100微米，所述刃具厚度為1-100毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述金剛石膜厚度為5-50微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述刃具基質(zhì)表面形狀或拼接后表面形狀選自平面、球面或柱面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一方法。其中烴氣/氫氣比例為1％-3％(流量比)，沉積溫度700℃-950℃，沉積壓力1KP-10KP。
全文摘要
一種制做金剛石薄膜刀具、工具的方法,包括在刃具基質(zhì)上整體涂覆金剛石薄膜,然后按照刀頭形狀切割,焊接在刀體,或者把刃具基質(zhì)按照所需刀頭形狀切割后拼接在一起,涂覆金剛石薄膜,把涂覆后的刀頭焊接在刀體上,即制成金剛石薄膜刀具或工具。該方法工藝穩(wěn)定性好,刀具磨損后可重磨使用,適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B23P5/00GK1258582SQ9811177
公開日2000年7月5日 申請日期1998年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月28日
發(fā)明者王光 申請人:王光