硬质合金刀片的主要成分是不同配比的碳化钨和钴,原材料一开始的形态是粉末。在重约560kg的容器里盛装着配好的原料,它们将被用于生产不同的粉末。在车间里,将干燥的原料与乙醇和水配成的溶剂混合形成一种粘稠度类似酸奶的灰色浆状物。待浆状物干燥后,将样品送往实验室进行质量检测。这些粉末由很多直径为20-200μm的颗粒组成,非常微小(一根头发的直径是50-60μm)。
这些粉末被装在容积100kg的桶中并输送到用于制造刀片的冲压机边。操作工将冲模(用于冲压不同刀片的模具) 放入机床,并将订单输入计算机,冲模腔内根据订单信息充满粉末。冲压每片刀片的压力高达12吨,机床会对每片刀片进行称重,操作人员也会进行观察控制。在这一阶段,刀片非常脆弱,很容易裂损。
冲压后的刀片需要被加热使其硬化,这一工作由烧结炉完成,烧结炉一次可以处理数千片刀片。压制好的刀片粉末在长达13h的过程中被加热到约1,500℃,熔融而成为硬质合金这一硬度极高的材料。烧结工艺中的收缩比例约为50%,因此烧结后刀片大小仅为之前的一半。
根据涂层方法不同,涂层刀具可分为化学气相沉积(CVD)涂层刀具和物理气相沉积(PVD)涂层刀具。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法,沉积温度在1000℃左右。涂层高速刀具一般采用物理气相沉积法,沉积温度在500℃左右;
根据涂层刀具基体材料的不同,涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料(金刚石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。
根据涂层材料的性质,涂层刀具又可分为两大类,即“硬”涂层刀具和 ‘软”涂层刀具。“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性,其主要优点是硬度高、耐磨性能好,典型的是TiC和TiN涂层。“软”涂层刀具追求的目标是低摩擦系数,也称为自润滑刀具,它与工件材料的摩擦系数很低,只有0.1左右,可减小粘接,减轻摩擦,降低切削力和切削温度。
近开发了纳米涂层 (Nanoeoating)刀具。这种涂层刀具可采用多种涂层材料的不同组合 (如金属/金属、金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷等),以满足不同的功能和性能要求。设计合理的纳米涂层可使刀具材料具有优异的减摩抗磨功能和自润滑性能,适合于高速干切削。
1.化学退涂
在对硬质合金刀具(Ti,Cr)N多组元硬质膜系退涂工艺进行研究后,得到所用的退涂液浓度(wt%)为:葡萄糖酸钠1.5%-3.5%,NaOH6.5%-10%,含30% H2O2的(wt%)20%-25%,十二烷基磺酸钠0.2%-0.4%,三磷酸钠0.2%-0.4%,剩余为蒸馏水,NaOH(wt%):含30% H2O2的(wt%)为1∶3.5-1∶2,且二者之和必须为29%-33%(wt%),同时要求十二烷基磺酸钠(wt%):三磷酸钠(wt%)为1∶1-1∶0.7,且二者之和必须为0.4%-0.8%(wt%)。研究发现(Ti, Cr)N三组元硬质膜的退除是沿着缺陷处以脱落方式退除,并且后退除的膜层是沿着先退除的膜层边缘继续脱落,直到膜层退除干净。对于(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元硬质膜、(Ti,Al,Cr)N四组元硬质膜。
在关于电化学氮化铬涂层剥离的研究文献中,确定了一种三电极电解池中剥离单一涂层或复合涂层在碱性溶液中的方法,采用SCE电极、铂电极、工作电极三个电极,氮化物涂层在电流的作用下具有较强的表面活性,产生更多的可溶成分,电解过程简单易于控制,当电流突然升高时,涂层完全剥离基体表面。此法退涂的表面均匀无点蚀。退涂的工件为阳极,室温下在由磷酸、硫酸、丙三醇及去离子水混合组成的酸性电解液中进行电解,直至类金刚石涂层退涂尽为止。该方法不仅能够快速退除表面的类金刚石薄膜涂层,同时不对基体表面产生破坏性腐蚀,对工件尺寸及形状改变微小,涂层退除之后能够重新涂覆使用。
3.蚀刻退涂
主要利用离子束对硬质涂层进行照射蚀刻来进行退涂。纯机械的祛除硬质涂层,不与基体和涂层发生化学反应,因此不必考虑化学腐蚀引起的表面脆化等问题,但缺点是退涂速度缓慢、退涂效率低。
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