金刚石薄膜涂层刀具的技术进展
                                             颜认，陈枫，陈小丹, 周一丹
                                      (南通大学机械工程学院，江苏 南通〓226019)
    简要介绍了化学气相沉积金刚石刀具的涂层材料及制备技术的研究开发现状，总结了当前可以有效提高金刚石涂层刀具膜/基结合强度的措施和方法，分析了化学气相沉积金刚石涂层刀具各种表面抛光工艺的优缺点，最后展望了化学气相沉积金刚石薄膜涂层刀具技术的发展趋势。


     近年来，汽车、航空和航天等工业的持续发展，对轻质高强度材料（例如碳纤维增强塑料、有色金属及合金等）切削加工的质量和效率提出了更高的要求，由此对切削加工所用刀具的性能和质量也提出了更高的要求。化学气相沉积（chemical vapor deposition，CVD）金刚石薄膜涂层刀具因具有制备工艺简单、可以做成各种复杂形状刀刃，而且具有很高的硬度、耐磨性和良好的冲击韧性等诸多优点，能够满足加工中心大批量、高效率、高精度的加工要求，而逐渐成为切削轻质高强度材料的主流刀具。但是，与工业发达国家相比，我国在CVD金刚石涂层刀具的涂层制备、表面抛光等技术方面还存在较大差距，导致目前刀具市场上的金刚石涂层刀具主要以美国、德国及日本等工业发达国家的知名品牌刀具为主，严重阻碍了国内CVD金刚石涂层刀具技术的发展。因此，在“中国制造2025”的大背景下抓住机遇，努力研究CVD金刚石的薄膜制备工艺方法，提高涂层刀具的膜/基结合强度，并进一步提高刀具表面抛光技术等，对于制造高质量、低成本的金刚石刀具，争创我国刀具自有品牌和提高刀具市场占有率具有重要意义。

 1CVD金刚石薄膜涂层刀具技术
     CVD金刚石涂层刀具技术主要包括刀具材料技术、涂层制备技术、抛光技术、涂层检测技术和应用技术等。其中，涂层材料、涂层制备技术、刀具表面抛光技术以及膜/基结合强度与刀具的性能和质量密切相关，因而受到人们的高度关注，成为CVD金刚石薄膜涂层刀具技术研究的重点和热点。下面简要加以概述。

1.1〓薄膜涂层材料
    CVD金刚石刀具薄膜涂层是指在WC-CO（钨钴类）硬质合金刀具基体上直接沉积金刚石薄膜（厚度一般小于30μm）。当前制备的金刚石刀具表面涂层主要以微米金刚石涂层为主。为了改善刀具的切削性能，以满足零件多种不同加工精度和表面粗糙度的要求，纳米金刚石涂层、微/纳米金刚石复合涂层被相继开发出来［1］。常用的金刚石涂层类型及其晶粒组织和性能见表1。

表1〓金刚石涂层类型及其晶粒组织和性能

涂层类型晶相组织特点〖〗性能

    微米金刚石涂层〖〗晶粒尺寸相对较大（一般为几十微米［2］，截面为粗壮的柱状结构。〖〗表面相对粗糙，摩擦因数较大；与基体的结合强度高。
    纳米金刚石涂层〖〗晶粒尺寸相对较小（一般为3~20nm）［3-4］，截面致密。表面非常光滑，摩擦因数小；与基体的结合强度比微米金刚石涂层低。
    微/纳米金刚石复合涂层〖〗截面明显不同，纳米涂层与微米涂层之间有晶粒长大融合的过渡现象，微米涂层为柱状结构，纳米涂层截面致密。〖〗表面较为光滑，耐磨性好；与基体的结合强度较高。



作者简介：颜认（1989—），男，江苏东海人，南通大学硕士研究生，主要研究方向为先进制造。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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