碳纤维复合材料专用金刚石薄膜涂层刀具的制备与试验研究

摘要

金刚石薄膜涂层刀具具有很高的耐磨性，良好的韧性，涂层摩擦系数小，导热性能和抗冲击性能好等特点，很适合用来制作成为加工碳纤维复合材料的专用涂层刀具。在国家“十二五”重大科技攻关项目中，明确提出了开发针对碳纤维复合材料系列化刀具以及专用金刚石涂层整体硬质合金刀具（钻头和铣刀系列），开发针对碳纤维复合材料加工系列化刀具生产型涂层制备装置等。因此，开发针对碳纤维复合材料的专用金刚石涂层刀具就显得尤为重要了。
　　本文基于热丝化学气相沉积技术(HFCVD)在硬质合金衬底上沉积得到金刚石薄膜，主要对这种专用金刚石涂层刀具的预处理方法、刀具的制备技术及切削碳纤维复合材料时刀具的磨损等情况进行了研究。
　　首先，针对碳纤维复合材料难加工的特点，以 WC-Co硬质合金铣刀片(YG6)为研究对象，开发出在传统两步预处理法的整个过程中引入超声振动的一种新型预处理方法，即超声辅助酸碱两步预处理法。然后采用热丝CVD法沉积涂层刀具，并对涂层得到的铣刀片不同位置的金刚石薄膜形貌及附着强度进行了研究，通过压痕试验分析了两种预处理方法对金刚石薄膜附着强度的影响。
　　其次，以 WC-Co(YG6X)硬质合金钻头(φ5mm)为研究对象，采用热丝 CVD沉积技术，同时对热丝CVD沉积装置进行适当改进，通过优化沉积工艺参数制备得到这种专用金刚石涂层钻头。通过扫描电镜、拉曼光谱等检测方法对涂层钻头不同位置金刚石薄膜形貌及特征进行了详细的研究，并分析预处理方法和沉积工艺对金刚石薄膜表面形貌的影响。同时，通过切削碳纤维复合材料对金刚石薄膜的附着强度进行了评价。
　　最后，以沉积得到的金刚石涂层钻头与未涂层钻头为研究对象，进行切削碳纤维复合材料的对比试验，分析了在切削碳纤维复合材料时刀具切削力的变化情况，及两种刀具的磨损和碳纤维复合材料孔的加工质量等情况。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1课题来源

1.2课题研究背景及意义

1.3 CVD金刚石薄膜的制备方法

1.4硬质合金衬底金刚石涂层刀具的研究现状

1.5 碳纤维复合材料钻削力和孔加工质量研究现状

1.6本文主要研究内容

2 碳纤维复合材料专用金刚石薄膜涂层刀具的预处理研究

2.1引言

2.2传统酸碱两步法预处理的优化

2.3超声两步法预处理

2.4本章小结

3 碳纤维复合材料专用金刚石薄膜涂层刀具的制备

3.1引言

3.2整体式硬质合金CVD金刚石涂层刀具的设备改进

3.3整体式硬质合金金刚石薄膜的制备与分析

3.4本章小结

4 碳纤维复合材料专用金刚石薄膜涂层刀具的切削试验与刀

4.1引言

4.2切削试验

4.3钻削力测量试验结果及分析

4.4刀具磨损机理

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1本文研究主要内容与结论

5.2展望

参考文献

作者简介

学位论文数据集