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一篇文章让您全面了解硬质合金刀片的由来

 秋实之意 2018-08-04

无论铁、铝还是钢,机械加工时刀片都会把他们变成想要的形状。刀片由世界上最坚硬的材料制成。硬质合金是一种粉末冶金材料,其中包含:碳化钨(WC)硬颗粒;粘结金属钴(Co);Ti、Ta、Nb(钛、钽、铌碳化物)硬颗粒

1.成份

刀片的主要成分是不同配比的碳化钨和钴,原材料的最初形态是粉末。容器里盛装着配好的原料,它们将被用于生产不同的粉末。每个容器重约560公斤。

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2.比例

在车间里,将干燥的原料与乙醇和水配成的溶剂相混合就形成了一种粘稠度类似酸奶的灰色浆状物。

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3.开模具

在浆状物干燥之后,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至200微米的颗粒组成。它们非常微小(一根头发的厚度是50至60微米)。

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4 & 5.压制

这些粉末被装在容积100公斤的桶中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,并将订单号输入计算机。冲模腔内充满粉末。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,操作工也会进行观察控制。在这一阶段,刀片非常脆弱,很容易破裂。

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6.烧结

为进行硬化,冲压后的刀片需要被加热。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13小时的过程中被加热到约1,500摄氏度,熔融而成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%,因此烧结后刀片的大小仅为之前的一半。

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7.待磨削

再次在实验室中完成质检磨削成要求的厚度。因为硬质合金非常坚硬,所以需要使用世界上最坚硬的材料 — 工业金刚石,对其进行磨削。

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8.磨削

当刀片达到要求的厚度后,会对其进行进一步磨削加工,以获得精确的几何形状和尺寸。这是在基默工厂进行的最先进的磨削加工,需要采用6轴磨板来满足极为严格的公差要求。

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9.涂层

磨削完成后,刀片会被清洁并送去涂层。在这一阶段,为避免任何油脂或灰尘,处理刀片时必须佩带手套。刀片会被置于转盘的夹具上,然后送入压力较低的涂层炉。刀片就是从这里有了不同的颜色。

涂层种类:分为CVD(化学气相沉积)和PVD(物理气相沉积)

CVD-化学气相沉积

将成堆的刀片置于一个熔炉中,向腔室内导入一系列气体,净化管路。然后导入一系列气体。重负此流程,知道完成各层涂层。该流程约在900℃高温下执行30小时,厚度约为2-12μm

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PVD-物理气相沉积

如图将刀片装进镀膜室,将金属源目标放在反应壁上,最常见的金属源是钛(Ti),将这些目标加热至导致固体金属离子化的温度。通过以气体为载体,这些离子随后将从目标运送至刀片,由于刀片温度较低,这些离子将凝结在刀片表面形成涂层。

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两种涂层的区别

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随着气相沉积技术的发展和应用,上述两类型气相沉积各自都有新的技术内容,两者相互交叉,你中有我,我中有你,致使难以严格分清是化学的还是物理的。比如,人们把等离子体、离子束引入到传统的物理气相沉积技术的蒸发和溅射中,参与其镀膜过程,同时通入反应气体,也可以在固体表面进行化学反应,生成新的合成产物固体相薄膜,称其为反应镀。在溅射钛(Ti)等离子体中通入反应气体N2最后合成TiN就是一例。这就是说物理气相沉积也可以包含有化学反应。又如,在反应室内通入甲烷,借助于w靶阴极电弧放电,在Ar,W等离子体作用下使甲烷分解,并在固体表面实现碳键重组,生成掺W的类金刚石碳减摩膜,人们习惯上把这种沉积过程仍归入化学气相沉积,但这是在典型的物理气相沉积技术——金属阴极电弧离子镀中实现的。另外,人们把等离子体、离子束技术引入到传统的化学气相沉积过程,化学反应就不完全遵循传统的热力学原理,因为等离子体有更高的化学活性,可以在比传统热力学化学反应低得多的温度下实现反应,这种方法称为等离子体辅助化学气相沉积(Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition,简称PACVD;有些资料称之为等离子体增强化学气相沉积,简称PECVD),它赋予化学气相沉积更多的物理含义。

在今天,讨论化学气相沉积与物理气相沉积的不同点,恐怕只剩下用于镀膜物料形态的区别,前者是利用易挥发性化合物或气态物质,而后者则利用固相(或液相)物质。这种区分似乎已失去原来定义的内涵实质。

我们仍然按照已有的习惯,主要以上述镀料形态的区别来区分化学气相沉积和物理气相沉积,把固态(液态)镀料通过高温蒸发、溅射、电子束、等离子体、离子束、激光束、电弧等能量形式产生气相原子、分子、离子(气态,等离子态)进行输运,在固态表面上沉积凝聚(包括与其他反应气相物质进行化学反应生成反应产物),生成固相薄膜的过程称为物理气相沉积。

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