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

化合积电(呼和浩特)金刚石规模化量产产线正式投产

化合积电(呼和浩特)金刚石规模化量产产线正式投产

​据新华网(呼和浩特)消息,10月28日,化合积电(呼和浩特)半导体科技有限公司在呼和浩特经济技术开发区宣布,其金刚石规模化量产产线正式投产......

日期 2025-10-31   刀具新闻
涉及高导热金刚石金属复合材料 工信部发布《建材工业鼓励推广应用的技术和产品目录》

涉及高导热金刚石金属复合材料 工信部发布《建材工业鼓励推广应用的技术和产品目录》

10月16日,工业和信息化部发布《建材工业鼓励推广应用的技术和产品目录(2025年本)》,高导热金刚石金属复合材料被列入“高端化”的技术和产品........

日期 2025-10-24   刀具新闻
重磅!商务部 海关总署对金刚石微粉、单晶、砂轮等超硬材料相关物项实施出口管制

重磅!商务部 海关总署对金刚石微粉、单晶、砂轮等超硬材料相关物项实施出口管制

​据商务部网站10月9日消息,商务部、海关总署公告,根据《中华人民共和国出口管制法》等有关规定,为维护国家安全和利益、履行防扩散等国际义务,经国务院批准...

日期 2025-10-17   刀具新闻
又一金刚石项目即将投产

又一金刚石项目即将投产

​昌吉州首个人造金刚石项目——新疆臻星新材料科技有限公司12.55万克拉项目,正在木垒县推进生产线建设冲刺工作,预计10月实现投产......

日期 2025-09-24   刀具新闻
 金刚石刀具,为何稳坐精密加工“一把刀”的位置?

金刚石刀具,为何稳坐精密加工“一把刀”的位置?

金刚石因其极高的硬度、耐磨性、高热导率和与有色金属的亲和性低,被用于超精密加工刀具的制造......

日期 2025-09-24   刀具新闻
点亮微观世界,惠丰钻石荧光纳米金刚石技术领航新程

点亮微观世界,惠丰钻石荧光纳米金刚石技术领航新程

​惠丰钻石股份有限公司与中国科学院理化技术研究所功能金刚石联合研发中心,在高品级荧光纳米金刚石制备领域取得了重要进展,有望在量子计算、量子传感等多个前沿...

日期 2025-09-24   刀具新闻
创新不停步,沃尔德展示金刚石工具与功能材料最新进展

创新不停步,沃尔德展示金刚石工具与功能材料最新进展

​随着人工智能、大数据、物联网及5G/6G通信的快速发展,全球半导体产业正迎来新一轮的升级浪潮。从高性能AI计算芯片到先进封装工艺,再到高功率射频器件,...

日期 2025-09-12   刀具新闻
整体需求承压 2025年上半年金刚石线企业半年报出炉

整体需求承压 2025年上半年金刚石线企业半年报出炉

​近期,美畅股份、岱勒新材、三超新材等金刚石线生产企业陆续发布2025年半年报。受下游行业影响,这几家企业业绩整体呈现出需求承压、盈利能力下滑的特点,反...

日期 2025-09-05   刀具新闻
投资1500万!河南一地金刚石微粉及研磨抛光液项目拟扩建

投资1500万!河南一地金刚石微粉及研磨抛光液项目拟扩建

​近日,郑州市生态环境局中牟分局对河南路纳尔新材料有限公司年产1.5亿克拉金刚石微粉及720吨研磨抛光液产业化项目环境影响评价文件进行审批公示........

日期 2025-08-29   刀具新闻
 中科院福建物构所一体化金刚石磨抛设备采购项目公开招标公告

中科院福建物构所一体化金刚石磨抛设备采购项目公开招标公告

中国科学院福建物质结构研究所一体化金刚石磨抛设备采购项目招标项目的潜在投标人应在www.oitccas.com;北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20...

日期 2025-08-29   刀具新闻