为刀具穿上金刚石“外衣”

关键词 金刚石 , 铣刀 , 涂层刀具|2020-06-03 11:52:34|来源 科学画报
摘要 提到刀具,你会想到什么?估计很多人脱口而出的答案会是菜刀、水果刀和剪刀,甚至是三国时期武将关羽的青龙偃月刀。机床的“牙齿”在工业体系中,刀具大部分都不是我们熟悉的单面开刃的样子。机...

提到刀具,你会想到什么?估计很多人脱口而出的答案会是菜刀、水果刀和剪刀,甚至是三国时期武将关羽的青龙偃月刀。

机床的“牙齿”

在工业体系中,刀具大部分都不是我们熟悉的单面开刃的样子。机械加工中的刀具主要进行切削、切割、磨削、铣削等工艺,广泛应用于各种类型、材质和大小的工件和产品的外形加工。因此,它们的外形多种多样,如钻头、圆盘锯片,甚至空心的“狼牙棒”等。

刀具常常被比喻为机床的“牙齿”,它是现代数字化制造技术的组成部分之一。随着制造业现代化步伐的加快,航空航天、海洋工程、汽车等各个行业都对高效刀具产生了大量的需求。比如航空航天领域近年来大量采用镍基高温合金、钛合金、高强度结构钢等材料,这些材料的加工难度都很大。此外,飞机在制造过程中大量使用整体化构件,即在大块毛坯上去除余量,形成薄壁机构的零件。这些都对切削加工刀具提出了更高的要求。新材料离我们并不遥远,我们平时使用的手机等电子产品中,近年来也广泛应用的一些超硬新材料,包括玻璃盖板、3D玻璃、陶瓷背板、铝合金壳体、不锈钢中框及结构件等。这也要求切削刀具不断创新,以适应新材料、新工艺发展的需求。

铣刀难题

近十几年来,高铁已经成为我国闪亮的国家名片和新时代的中国地标。在高铁为我们提供出行便利的背后,有很多不为人熟知却非常重要的养护工作。其中,对有着高铁“筋骨”之称的钢轨的养护更是关键一环。每一条钢轨都是有生命的,天冷它会紧缩“身躯”,天热它会舒张“筋骨”。高速列车对钢轨的碾压冲击也会不断加大其伤损。如果钢轨得不到及时养护整形,将直接影响到高铁奔跑时的稳定性、舒适度,还会滋生安全隐患。目前对高铁铁轨进行维护的设备是被称为钢轨“急救车”的铣磨车,它可以对钢轨轮廓铣削整形,及时消除各种缺陷,但是对于铣磨车最核心的部件铣刀,我国现在仍然没有能力生产,只能从国外进口。

刀具的金刚石“外衣”

我国刀具消耗全球第一,但高效刀具长期依赖进口,难以满足进一步降低加工成本和提高重大装备研制国产化水平的要求,实现高效切削刀具国产化已迫在眉睫。上海交通大学陈明教授团队以刀具国产化作为目标,构建了刀具形性协同设计技术体系;突破了刀具材料-结构-性能一体化协同制备关键技术,发明了形性可控的微纳米复合金刚石涂层刀具制备新技术;开发出金刚石涂层刀具、复杂型线高速钢刀具和超硬刀具等系列化产品。金刚石薄膜具有一系列优异性能,是高性能刀具的首选涂层材料。但是,刀具的金刚石薄膜涂层技术需要解决两个难题:涂层表面光滑度和涂层界面附着强度。陈明研究团队创造性地发展了金刚石微纳米复合涂层成套装备与技术,首先在刀具基体上生长微米级别的柱状晶体,然后再在柱状晶体上生长纳米晶体,成功制备获得兼具高耐磨性与超光滑表面的金刚石涂层,解决了金刚石涂层刀具性能精确调控的问题。陈明研究团队还寻找到了一种适合硬质合金衬底表面生长中间过渡层的方法,解决了金刚石涂层和硬质合金刀具基体之间的附着强度问题。它不但能阻止钴的催石墨化作用,而且有效调制了复合涂层的机械力学性能,满足刀具的高效切削要求。

这种具有完全自主知识产权的金刚石微纳米复合涂层技术填补了国内空白,基于此技术,国内已建立了十几条金刚石涂层刀具生产线。利用该技术研制的系列化金刚石涂层刀具,成为中国商飞唯一指定的国产化刀具,为首架C919客机顺利下线做出了贡献。


  ① 凡本网注明"来源:金刚石刀具网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:金刚石刀具网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非金刚石刀具网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

3.4亿!又一5万克拉人造金刚石项目投产

3.4亿!又一5万克拉人造金刚石项目投产

​4月18日,山西深锐科技有限公司人造金刚石项目投产......

日期 2025-04-25   刀具新闻
沃尔德,金刚石功能材料业务大爆发!

沃尔德,金刚石功能材料业务大爆发!

​4月21日,北京沃尔德金刚石工具股份有限公司(以下简称“沃尔德”)披露其2024年度业绩报告。公司全年实现营业收入6.79亿元,同比增长12.54%;...

日期 2025-04-25   刀具新闻
金刚石高科技:开启高功率电子的未来之门

金刚石高科技:开启高功率电子的未来之门

​在电力电子领域,如何让设备既能在关闭时绝对安全、又能在开启时高效输出大功率,一直是科学家们努力攻克的难题。近日,由英国格拉斯哥大学、澳大利亚皇家墨尔本...

日期 2025-04-25   刀具新闻
又一50万克拉功能性金刚石项目

又一50万克拉功能性金刚石项目

​近日,黑龙江省宾县兆华科技超硬材料产业项目复工。据了解,该项目总投资3.4亿元,建成投产后可生产功能性金刚石50万克拉。主要产品有金刚石半导体材料、金...

日期 2025-04-25   刀具新闻
河南省重点发展这10项金刚石项目!

河南省重点发展这10项金刚石项目!

​近日,河南省工业和信息化厅、河南省财政厅、河南省科学院联合关于发布《河南省重点新材料首批次应用示范指导目录(2025版)》(以下简称“目录”)的通告....

日期 2025-04-25   刀具新闻
河南省:重点发展10项金刚石项目!

河南省:重点发展10项金刚石项目!

​近日,河南省工业和信息化厅、河南省财政厅、河南省科学院联合关于发布《河南省重点新材料首批次应用示范指导目录(2025版)》(以下简称“目录”)的通告,...

日期 2025-04-18   刀具新闻
木垒人造金刚石新材料突破启新篇 臻星12.55万克拉项目开工筑新程

木垒人造金刚石新材料突破启新篇 臻星12.55万克拉项目开工筑新程

​春和景明,万物竞发。近日,总投资4.7亿元的新疆臻星新材料科技有限公司木垒12.55万克拉人造金刚石项目正式开工建设......

日期 2025-04-18   刀具新闻
《Nature Materials》刊发燕山大学金刚石微结构工程新突破

《Nature Materials》刊发燕山大学金刚石微结构工程新突破

金刚石凭借其无与伦比的硬度、优异的热导率、宽带隙和光学透明性,在精密加工、电子器件及光学领域备受瞩目......

日期 2025-04-11   刀具新闻
 从4.5微米锂电铜箔到大尺寸多晶金刚石光学片 河南省推出首批次新材料指导目录

从4.5微米锂电铜箔到大尺寸多晶金刚石光学片 河南省推出首批次新材料指导目录

​记者4月7日获悉,省工业和信息化厅、省财政厅、省科学院日前联合发布《河南省重点新材料首批次应用示范指导目录(2025版)》(以下简称《目录》),这是我...

日期 2025-04-11   刀具新闻
 又一金刚石企业完成新一轮融资!

又一金刚石企业完成新一轮融资!

​4月1日,南京瑞为新材料科技有限公司(以下简称“瑞为新材”)官宣于近期完成新一轮股权融资,由中车资本主发起的中车转型升级基金独家投资......

日期 2025-04-11   刀具新闻