本发明专利技术涉及金刚石膜生长领域，尤其涉及一种用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置及其制备方法。该装置包括：金刚石涂层刀具组件座、螺钉、金刚石涂层刀具，金刚石涂层刀具组件座为座头与座身左右一体的组合结构，金刚石涂层刀具为圆柱段与楔形段上下一体的组合结构，金刚石涂层刀具安装于座头的凹槽内，金刚石涂层刀具的楔形段与凹槽内的楔形凹坑相对应并通过楔面紧密配合，金刚石涂层刀具的圆柱段上方与凹槽的螺纹通孔相对应，螺钉安装于凹槽的螺纹通孔，螺钉的下端穿过凹槽的螺纹通孔顶持于金刚石涂层刀具的圆柱段上表面。本发明专利技术的刀具基体为碳化钨钴硬质合金，外表面生长金刚石涂层，可以高效地对回旋体的工件表面纳米化处理。化处理。
【技术实现步骤摘要】
用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置及其制备方法
[0001]本专利技术涉及金刚石膜生长领域，尤其涉及一种用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置及其制备方法。
技术介绍
[0002]纳米材料自问世以来，就以其独特的优异性能如高强度、良好的塑性变形能力、高比热、高热膨胀系数以及独特的理化性能等引起人们的高度重视，很多工程上的应用只需要改善材料的表面性能，就可以提高整个材料的综合服役性能和使用寿命。目前，材料表面纳米化主要有三种途径：
①
表面涂层或沉积，
②
表面自身纳米化，
③
混合法表面纳米化，其中第二种途径制备的纳米结构表层与基体无明显的界面、不易脱落、所用设备最为简单，是一种可在短期内实现工业化的纳米技术。
[0003]表面自身纳米化方法主要包括喷丸、深滚压、超声机械冲击表面强化、激光冲击强化、表面机械研磨处理(SMAT)等。喷丸、深滚压、超声机械冲击表面强化及激光冲击强化等方法可提高金属材料的表面硬度，并在其表面获得一定深度的残余压应力层，它将有效改善金属材料的疲劳性能。但是，上述方法对金属材料表面硬度提升的幅度有限，并且表层残余压应力在使役过程中容易释放，这将大大降低强化效果。SMAT作为一种表面纳米化方法，可在金属材料表面获得一定深度的纳米结构层，改善金属材料的性能。但是，使用传统材料的刀具对金属材料SMAT处理时，以传统材料中最新的材料硬质合金为例，硬质合金的平均维氏硬度值为1500HV，由于受传统刀具材料的硬度、耐磨性和摩擦系数的影响，刀具在使用过程中与处理工件接触处会发生变形、表面粗糙度升高造成工件表面粗糙度Ra显著增加，这限制了SMAT表面纳米化技术的应用领域。金刚石涂层刀具的维氏硬度值为10000HV，耐磨性好是硬质合金的60～80倍，摩擦系数低摩擦系数0.1，在刀具在使用过程中与处理工件接触处不会变形，有效保证了工件表面粗糙度要求，扩大了SMAT表面纳米化技术的应用领域。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置及其制备方法，金刚石涂层刀具表面具有极高的高硬度(HV10000)、极低的摩擦系数0.1，所以超硬耐磨、超润滑，抗粘非常好。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，该装置包括：金刚石涂层刀具组件座、螺钉、金刚石涂层刀具，具体结构如下：
[0007]金刚石涂层刀具组件座为座头与座身左右一体的组合结构，座身为长方体条状结构，座头为双面对称铣扁结构，座头外端为侧向开口的凹槽，凹槽内的下表面开设楔形凹坑，凹槽的上部开设螺纹通孔，螺纹通孔与楔形凹坑上下对应且中心线同轴；金刚石涂层刀具为圆柱段与楔形段上下一体的组合结构，金刚石涂层刀具安装于座头的凹槽内，金刚石涂层刀具的楔形段与凹槽内的楔形凹坑相对应并通过楔面紧密配合，金刚石涂层刀具的圆
柱段上方与凹槽的螺纹通孔相对应，螺钉安装于凹槽的螺纹通孔，螺钉的下端穿过凹槽的螺纹通孔顶持于金刚石涂层刀具的圆柱段上表面，将金刚石涂层刀具夹持固定，金刚石涂层刀具的圆柱段一侧突出于凹槽。
[0008]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，金刚石涂层刀具的楔形段为两侧对称的斜面与其余部分的圆柱面组合而成，楔形段的一端与圆柱段一体连接处为圆形，其直径与金刚石涂层刀具的圆柱段直径相同；楔形段的另一端为两侧对称的斜面相交于一条直线，其长度与金刚石涂层刀具的圆柱段直径相同。
[0009]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，金刚石涂层刀具的圆柱段直径为4～50mm、高度为4～50mm，楔形段的对称斜面夹角为40～140
°
。
[0010]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，金刚石涂层刀具组件座的材质为45号钢，机械加工完成后表面做发黑防腐处理。
[0011]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，金刚石涂层刀具为硬质合金表面沉积金刚石涂层的复合结构。
[0012]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，硬质合金为碳化钨钴硬质合金，沉积金刚石涂层的厚度为4～20μm。
[0013]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，螺钉为内六角平端紧定螺钉。
[0014]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置的制备方法，首先，以硬质合金棒为基体，经过线切割机加工得到需要的各种规格尺寸刀具基体，将硬质合金棒的一端加工成楔面，形成圆柱段与楔形段上下一体组合结构的刀具基体；然后，经过表面处理，采用热丝法化学气相沉积的方法，在刀具基体圆柱面沉积多晶金刚石涂层；经分析测试、修整抛光后，制成金刚石涂层刀具。
[0015]所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置的制备方法，具体步骤如下：
[0016](1)将加工好的刀具基体进行喷砂处理，去除表面的污染物和疏松层；
[0017](2)使用蒸馏水、酒精在超声波清洗机中对刀具基体进行清洗；
[0018](3)刀具基体在酸、碱液中进行表面腐蚀处理，并采用蒸馏水、酒精超声清洗完毕后，将刀具基体装入热丝CVD金刚石沉积设备中；
[0019](4)将热丝CVD金刚石沉积设备反应腔体内的压强设定为1000～9000Pa，通入流量为100～800sccm的H2、10～200sccm的CH4，将热丝加热到2000～2600℃，使刀具基体圆柱段表面沉积多晶金刚石涂层，制成用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具；
[0020](5)经过分析测试后，通过精密修整抛光进一步提高表面质量，从而满足金属表面纳米化使用环境对刀具的工况要求；
[0021](6)按结构要求将不同型号的金刚石涂层刀具成品安装在金刚石涂层刀具组件座上，金刚石涂层刀具放到座头的凹槽内，内六角平端紧定螺钉通过螺纹通孔将金刚石涂层刀具牢固地固定在金刚石涂层刀具组件座上，圆柱段突出于凹槽的一侧与待加工件对应，对其进行金属表面纳米化。
[0022]本专利技术的设计思想是：
[0023]本专利技术刀具将金刚石材料与硬质合金材料有机地结合在了一起，既可以保证刀具表面具有金刚石的各项优异的物理性质，又可以保证基体大量、廉价地生产制造，扩大了
SMAT表面纳米化技术的应用领域。
[0024]本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0025]1、本专利技术的刀具基体为碳化钨钴硬质合金，外表面生长金刚石涂层，硬度高、摩擦系数低，可以高效地对回旋体的工件表面纳米化处理，可有效降低金属材料SMAT处理之后表面粗糙度Ra，扩大了SMAT表面纳米化技术的应用领域。
[0026]2、本专利技术中刀具由金刚石涂层刀具组件座和金刚石涂层刀具组成，可以快捷更换不同尺寸型号的金刚石涂层刀具，结构简单坚固耐用。
[0027]3、本专利技术的刀具基体由标准碳化钨钴硬质合金棒材通过线切割简单加工即可完成，成本低、适合大批量生产制造，可应用于大规模的工业化生产，具有很高的实用价值。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，其特征在于，该装置包括：金刚石涂层刀具组件座、螺钉、金刚石涂层刀具，具体结构如下：金刚石涂层刀具组件座为座头与座身左右一体的组合结构，座身为长方体条状结构，座头为双面对称铣扁结构，座头外端为侧向开口的凹槽，凹槽内的下表面开设楔形凹坑，凹槽的上部开设螺纹通孔，螺纹通孔与楔形凹坑上下对应且中心线同轴；金刚石涂层刀具为圆柱段与楔形段上下一体的组合结构，金刚石涂层刀具安装于座头的凹槽内，金刚石涂层刀具的楔形段与凹槽内的楔形凹坑相对应并通过楔面紧密配合，金刚石涂层刀具的圆柱段上方与凹槽的螺纹通孔相对应，螺钉安装于凹槽的螺纹通孔，螺钉的下端穿过凹槽的螺纹通孔顶持于金刚石涂层刀具的圆柱段上表面，将金刚石涂层刀具夹持固定，金刚石涂层刀具的圆柱段一侧突出于凹槽。2.按照权利要求1所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，其特征在于，金刚石涂层刀具的楔形段为两侧对称的斜面与其余部分的圆柱面组合而成，楔形段的一端与圆柱段一体连接处为圆形，其直径与金刚石涂层刀具的圆柱段直径相同；楔形段的另一端为两侧对称的斜面相交于一条直线，其长度与金刚石涂层刀具的圆柱段直径相同。3.按照权利要求2所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，其特征在于，金刚石涂层刀具的圆柱段直径为4～50mm、高度为4～50mm，楔形段的对称斜面夹角为40～140
°
。4.按照权利要求1所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，其特征在于，金刚石涂层刀具组件座的材质为45号钢，机械加工完成后表面做发黑防腐处理。5.按照权利要求1所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具装置，其特征在于，金刚石涂层刀具为硬质合金表面沉积金刚石涂层的复合结构。6.按照权利要求5所述的用于金属表面纳米化的金刚石涂层刀具...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鲁生，梁晨，黄楠，李秀艳，姜辛，卢柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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