一种金刚石膜涂层汽车铝轮毂刀片的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种金刚石膜涂层汽车铝轮毂刀片的制备工艺，通过清洗干燥、抛研工件、预处理、形核、生长、沉积阶段、反打等步骤在硬质合金轮毂刀片基体上沉积10-15μm金刚石膜涂层，从而使CVD涂层刀片既保持坚硬的切削性能又克服了聚晶金刚石复合片刀尖强度较低不能承受切削冲击力和切削抗力变化的变化而崩刃的严重问题。
【专利说明】一种金刚石膜涂层汽车铝轮毂刀片的制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车零部件加工工具领域，具体的说是在硬质合金铝轮毂刀片基体上涂层金刚石薄膜(CVD)，本发明也可以用于其它硅铝合金、有色金属、碳纤维、玻璃纤维等难加工材料的切削刀具。
【背景技术】
[0002]轮毂是汽车上最重要的安全零件之一，轮毂承受着汽车和载重物质量作用的压力，受到车辆在起动、制动时动态扭矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障碍物冲击等来自不同方向动态载荷产生的不规则交变受力。轮毂的质量和可靠性不但关系到车辆和车上人员物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能，这就要求轮毂动平衡好、疲劳强度高、有好的刚度和弹性、尺寸和形状精度高、质量轻等，铝轮毂以其良好的综合性能满足了上述要求，在安全性、舒适性和轻量化等方面表现突出，博得了市场青睐，正逐步代替钢制轮毂成为最佳选择。
[0003]汽车铝轮毂正在向大直径、轻量化、高强度、美观化等方向发展，汽车主流市场是以15~18in(lin=25.4mm)轮毂为主，16in轮毂所占市场份额最大。铝轮毂制造技术的主要发展趋势是自动化、智能化、产业化、节能和环保。
[0004]中国汽车产、销量已经跃居为世界第一，汽车工业协会预测2013年汽车销售量有望超过二千万辆，达到2065万辆。目前，6500万件的年产能使得我国成为了世界铝轮毂生产大国。
[0005]轮毂加工采用单轴立式或卧式数控机床，高精度CNC加工单元，五轴数控加工中心。为了满足汽车工业发展的需求，铝轮毂加工企业大量使用PCD刀具，材质采用美国GE和英国DEBEERS公司，以色列伊斯卡生产的聚晶金刚石复合片。
[0006]这些刀片能实现高效、高速、高精度切削加工。但由于其刀尖强度较低，通常只适用于精加工，而在切削抗力变化较大的粗加工中容易发生崩刃，且刀具寿命的分散性较大。
【发明内容】
[0007]为了克服原有聚晶金刚石刀具的缺点，本发明提供了一种金刚石膜涂层汽车铝轮毂刀片的制备工艺，采用热丝CVD沉积设备在硬质合金轮毂刀片基体上沉积10-15 μ m金刚石膜涂层。
[0008]解决本发明技术问题采用如下步骤:
第一步:清洗干燥:在恒温干燥室内清洗去防锈油，通过清洗干燥联动装置将清洗的工件进入干燥箱，温度控制在85-90 0C ；
所述清洗干燥联动装置是:高压喷淋清洗机由输送带或悬挂线送入待清洗的工件，经过一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由输送带自动送出。
[0009]第二步:抛研工件:用金刚石微粉抛研上步清洗干燥后的工件，使涂层金刚石膜形成框架基础；第三步:预处理:用自制的溶液在超声波清洗机中刻蚀工件表面，烘干；
所述自制的溶液是:用Na2FeO4iKOH^H2O按重量比1:2:20的比例配制而成；
第四步:再次清洗:超声波清洗机中使用丙酮与无水乙醇按照重量比为3:7的配比，再次进行脱脂、去污、清洗、干燥；
第五步:调节设备:将上步烘干的工件置于热丝CVD沉积设备基片台上，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为5-6 Pa, 30-40 min,热丝加电压电流逐步加热至1800-20000C ;同时输入C、H分别至l-2Pa，对工件涂层面形核；同时输入Ar至0.5-1.5Pa，对工件加负偏压5A ；
第六步:形核阶段:上步加热时间完成后，调节热丝CVD沉积设备的热丝电压电流逐步加热至2500°C，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为6-7 Pa，50 min ；
第七步:生长、沉积阶段:上步加热时间完成后，调节热丝电压电流逐步加热至2800°C，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为6-7 Pa，加热6小时。
[0010]第八步:反打:调整正偏压至8A运行约15 min，反打完成。使用反打功能是为了去除刀片边缘和尖角由于沉积金刚石膜隆起产生的不规则毛边，相当于机械加工最后的工序-去毛刺。金刚石薄膜沉积完毕。
[0011]本发明的积极效果在于:如图2所示，本发明涂层硬度高，微硬度值约为HV9000 ；如图3所示，本发明金刚石薄膜涂层形貌连续、均匀、致密；
本发明散热性能优良。使用本发明的金刚石膜涂层铝轮毂刀片比使用PCD聚晶金刚石复合片的使用寿命和效率可以提高4-6倍。从而使CVD涂层刀片既具有PCD聚晶金刚石复合片的高硬度，又具有硬质合金刀片的高强度，保持坚硬的切削性能又克服了聚晶金刚石复合片刀尖强度较低不能承受切削冲击力和切削抗力变化的变化而崩刃的严重问题。`【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为金刚石膜涂层铝轮毂刀片生产工艺流程图。
[0013]图2为铝轮毂刀片表面的金刚石膜涂层的压痕形貌SEM图。
[0014]图3为铝轮毂刀片表面的金刚石膜涂层的表面形貌SEM图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
以CVD/YD101/ZRLD08-LH (R4)圆弧刀片(以下简称“工件”)涂层为例:
第一步:清洗干燥:将工件在恒温干燥室内清洗去防锈油，通过清洗干燥联动装置即:高压喷淋清洗机由输送带或悬挂线送入待清洗的工件，经过一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干，温度控制在85-90 °C，然后由输送带自动送出；
第二步:抛研工件:用金刚石微粉抛研上步清洗干燥后的工件，使涂层金刚石膜形成框架基础；
第三步:预处理:用铁酸钠、氢氧化钾、水按重量比1:2:20的比例配制而成的自制的溶液在超声波清洗机中刻蚀工件表面即进行“预处理”45 min，烘干；
第四步:再次清洗:超声波清洗机中使用丙酮+无水乙醇(3:7配比)再次进行脱脂、去污、清洗、干燥；第五步:调节设备:将上步烘干的工件按照主切削刃平面朝上，刀片四周相距8mm的方式置于热丝CVD沉积设备基片台上，按热丝与工件垂直距离25mm布置热丝，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为6 Pa, 40 min,鹤丝加电压V、电流A逐步加热至2000 °C ；同时输入C、H分别至2Pa，对工件涂层面形核；同时输入Ar至1.5Pa，对工件加负偏压；第六步:形核阶段:上步加热时间完成后，调节热丝CVD沉积设备的热丝电压V、电流A逐步加热至2500 °C,将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为7 Pa, 50 min ；
第七步:生长、沉积阶段:上步加热时间完成后，调节钨丝电压V、电流A逐步加热至2800 °C，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为7 Pa，加热6小时；
第八步:反打:调整正偏压至8A运行约15 min，反打完成，使用反打功能是为了去出刀片边缘和尖角由于沉积金刚石膜隆起产生的不规则毛边，相当于机械加工最后的工序-去毛刺。金刚石薄膜沉积完毕。
[0016]对沉积金刚石膜涂层的圆弧刀片进行检测，如结果如下:
图2为硬度压痕形貌SEM图，所示为采用维氏硬度计进行硬度测定时涂层略微破碎时的形貌，可明显地观察到四方棱锥压痕和圆形的范性区；采用计算公式可得该金刚石薄膜涂层样品的维氏硬度值约为HV9000。
[0017]图3为刀片表面金刚石膜涂层的表面形貌SEM图，涂层的颗粒尺寸为2-3 μ m,该金刚石膜涂层轮毂刀片具有良好的金刚石结构，金刚石薄膜涂层连续、均匀、致密。
[0018]相同工况条件下，金刚石膜面内温度梯度小，温度分布均匀性好，表面最大温差仅为铜的一半。使用本发明的金刚石膜涂层铝轮毂刀片比使用PCD聚晶金刚石复合片的使用寿命和效率可以提高 4-6倍。
[0019]实施例2
以CVD/YD101/ZRKD06-LH (R3)圆弧刀片(以下简称“工件”)涂层为例:
1、清洗干燥:将工件在恒温干燥室内清洗去防锈油，通过清洗干燥联动装置即:高压喷淋清洗机由输送带或悬挂线送入待清洗的工件，经过一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由输送带自动送出；
2、抛研工件:用金刚石微粉抛研上步清洗干燥后的工件，使涂层金刚石膜形成框架基
础；
3、预处理:用铁酸钠、氢氧化钾、水按重量比1:2:20的比例配制而成的自制的溶液在超声波清洗机中刻蚀工件表面即进行“预处理”45 min，烘干；
4、再次清洗:超声波清洗机中使用丙酮+无水乙醇(3:7配比)再次进行脱脂、去污、清洗、干燥；
5、调节设备:将上步烘干的工件按照主切削刃平面朝上，刀片四周相距8mm的方式置于热丝CVD沉积设备基片台上，按热丝与工件垂直距离25mm布置热丝，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为5 Pa, 30 min,热丝加电压V、电流A逐步加热至1800°C ;同时输入C、H分别至IPa，对工件涂层面形核；同时输入Ar至IPa，对工件加负偏压5A ；
6、形核阶段:上步加热时间完成后，调节热丝CVD沉积设备的钨丝电压V、电流A逐步加热至2500°C，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为6 Pa，50 min ；
7、生长、沉积阶段:上步加热时间完成后，调节钨丝电压V、电流A逐步加热至2800°C，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为6Pa，加热6小时；8、反打:调整正偏压至8A运行约15 min`，反打完成，金刚石薄膜沉积完毕。
【权利要求】
1.一种金刚石膜涂层汽车铝轮毂刀片的制备工艺，其特征在于其工艺步骤为: 第一步:清洗干燥:在恒温干燥室内清洗去防锈油，通过清洗干燥联动装置将清洗的工件进入干燥箱，温度控制在85-90 0C ； 所述清洗干燥联动装置是:高压喷淋清洗机由输送带或悬挂线送入待清洗的工件，经过一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由输送带自动送出； 第二步:抛研工件:用金刚石微粉抛研上步清洗干燥后的工件，使涂层金刚石膜形成框架基础； 第三步:预处理:用自制的溶液在超声波清洗机中刻蚀工件表面，烘干； 所述自制的溶液是:用Na2FeO4iKOH, H2O按重量比1:2:20的比例配制而成； 第四步:再次清洗:超声波清洗机中使用丙酮与无水乙醇按照重量比为3:7的配比，再次进行脱脂、去污、清洗、干燥； 第五步:调节设备:将上步烘干的工件置于热丝CVD沉积设备基片台上，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为5-6 Pa, 30-40 min,热丝加电压电流逐步加热至1800-20000C ;同时输入C、H分别至l-2Pa，对工件涂层面形核；同时输入Ar至0.5-1.5Pa，对工件加负偏压5A ； 第六步:形核阶段:上步加热时间完成后，调节热丝CVD沉积设备的热丝电压电流逐步加热至2500°C，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为6-7 Pa，50 min ； 第七步:生长、沉积阶段:上步加热时间完成后，调节热丝电压电流逐步加热至2800°C，将热丝CVD沉积设备抽真空至热偶计示数为6-7 Pa，加热6小时； 第八步:反打:调整正偏压至8A运行约15 min，反打完成，金刚石薄膜沉积完毕。
【文档编号】C23C16/44GK103741115SQ201310736148
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月29日 优先权日:2013年12月29日
【发明者】陈远达, 王胜云, 何静 申请人:湖南中航超强金刚石膜高科技有限公司