CN106756866A - 一种金刚石涂层刀具的退涂方法 - Google Patents

一种金刚石涂层刀具的退涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金刚石涂层刀具的退涂方法，属于涂层刀具技术领域，包括以下步骤：将金刚石涂层刀具放入微波等离子体化学气相沉积设备的腔室内，抽真空，然后通入氮气，使腔室内压力达到6~8kPa，设定微波的频率为2.45GHz，功率为3~6kW或者选用微波的频率为916MHz，功率不小于35kW的CVD涂层设备，升高温度至300~500℃，以200~300sccm通入氧气，保温，完成退涂，得到刀具基体。本发明方法简单，成本低廉，不使用对人体有危害的气体，能够有效去除金刚石涂层且无损基体，适用于规模化生产。

Description

一种金刚石涂层刀具的退涂方法
技术领域
本发明涉及一种金刚石涂层刀具的退涂方法，属于涂层刀具技术领域。
背景技术
金刚石涂层是指利用化学气相沉积法（简称CVD）在硬质基体上合成金刚石涂层，随着金刚石涂层技术的发展，这一技术已应用到切削刀具上，这种刀具被称为金刚石涂层刀具，其性能与天然金刚石接近，主要用于有色金属及其合金（如硅铝合金、铜合金），陶瓷，石墨等材料的切削加工，加工时，切削速度快，加工效率高，但金刚石涂层刀具涂层磨损或脱落后，需要立即更换刀具。金刚石涂层刀具相对于高速钢、硬质合金、陶瓷等刀具价格昂贵，金刚石涂层刀具加工对硬质基体要求比较苛刻，所以硬质基体是金刚石涂层刀具的核心部件且其制造比较困难，因此，如果能够将涂层磨损或脱落的金刚石涂层刀具进行退涂后重新涂层，可以大大降低金刚石涂层刀具的生产成本。
金刚石涂层刀具退涂质量的好坏直接关系到再涂覆金刚石涂层质量，进而影响到金刚石涂层刀具的使用性能和使用寿命。目前，金刚石涂层刀具退涂主要采用物理退涂和化学退涂。物理退涂是指用机械的方法将膜层从机体上清除，主要包括喷砂法、机械加工磨削等，适用于不宜在化学溶液里浸泡的基材和对表面光洁度要求不高、对尺寸精度要求不高且表面形状简单、易于研磨抛光的刀具，但是该类方法的退涂效率较低，研磨去除较为困难，难以满足规模化生产的需要。化学退涂是指在酸性或碱性的化学退除溶液中对刀具涂层进行溶解，退涂的溶液与刀具表面的合金涂层起化学反应，化学退涂去除硬质合金刀具上的金刚石涂层对操作者要求较高，需要相当的熟练程度，过度的化学退涂不仅将涂层去掉，还可能损坏硬质合金材料的微观结构，影响使用性能，且化学退涂液对环境造成污染，对人体有一定的危害。
专利CN105695949A（申请日2016.02.24）公开了一种金刚石涂层刀具退涂的方法，该方法主要金刚石涂层刀具在化学气相沉淀设备中，加热至350~420℃，采用3 GHz微波产生等离子束，通入O2、Cl2、ClO2和HCl气体处理，处理完后通入惰性气体冷却后再用丙酮清洗刀具基体，完成退涂。该专利中需要用到氧化性极强的Cl2和ClO2和具有腐蚀性的HCl气体，且需要尾气处理装置，其后处理不能消除硬质合金基体表面微观结构的不平整。
发明内容
本发明的目的是提供一种金刚石涂层刀具的退涂方法，该方法简单，成本低廉，不使用对人体有危害的气体。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种金刚石涂层刀具的退涂方法，包括以下步骤，将金刚石涂层刀具放入微波等离子体化学气相沉积设备的腔室内，抽真空，然后通入氮气，使腔室内压力达到6~8kPa，设定微波的频率为2.45GHz，功率为 3~6kW或者设置微波的频率为916MHz，功率不小于35kW，升高温度至300~500℃，以200~300sccm通入氧气，保温，得到刀具基体。所述的氮气的流量优选为300sccm。优选地，通过调节球阀控制氮气的流量。
所述的氧气量占总气量的40~50%，氧气的量通过流量计控制，氧气的浓度对退涂有重要的影响，氧气量多，则刻蚀速度加快，有可能会破坏基体，氧气量少则刻蚀金刚石涂层速率慢，可以有效保护基体免受氧气破坏。
所述金刚石涂层刀具在退涂前进行预处理，所述预处理包括预清洗处理和干燥，所述预清洗处理采用乙醇和丙酮的混合溶液作为清洗液，预清洗时间为20~40min；然后进行干燥。
所述干燥过程先使用压缩空气对金刚石涂层刀具表面进行预干燥，然后烘干。优选地，使用压缩气枪对表面进行预干燥，然后使用烘箱对该刀具进行进一步干燥。
通过退涂前预处理可以很好的除去金刚石涂层刀具表面的污染物，清洁金刚石涂层刀具的表面。
所述抽真空至真空度达到1×10-2Pa以下。
保温时间由金刚石涂层的厚度、退涂速率进一步确定，优选的，保温时间为10~60min。
退涂后得到的金刚石刀具基体表面具有不平整的微观结构，采用喷砂处理，可以将其表面疏松的成分清理干净。对退涂后得到的刀具基体进行喷砂处理和清洗处理，所述清洗处理使用乙醇作为清洗液，用超声进行清洗。优选地，所述喷砂处理的步骤为，将刀具基体装载在夹具上，放置在全自动干喷砂机设备中，进行喷砂处理，然后再使用压缩气枪将刀具基体表面残砂吹洗干净。喷砂处理的参数为：喷嘴压力1.5~2bar，喷砂时间10~30s。
本发明金刚石涂层刀具的退涂方法采用微波等离子体化学气相沉积技术方法，在不损伤金刚石刀具基体的前提下，操作方法简单，成本低廉。本发明的方法中不使用对人体有危害的有毒有害气体，仅使用氧气和氮气，微波等离子体使用微波方式将腔体内的气体分解，从而用离化态的氧将金刚石涂层氧化掉，对环境友好，并极大的提高了金刚石涂层刀具退涂的效率，满足规模生产的需要，实现工业加工的经济化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例以CNMG120408涂层刀具为例来说明本发明的退涂方法，具体退涂过程包括以下步骤：
1）使用乙醇和丙酮的混合溶液，乙醇和丙酮体积比为2：1，对金刚石涂层刀具进行超声清洗，清洗时间为20min，清洗结束后，使用压缩气枪对刀具表面进行预干燥，然后转入烘箱，在80℃干燥1h；
2）取步骤1）处理后的金刚石涂层刀具，放入微波等离子体化学气相沉积设备腔室内，抽真空至1×10-2Pa，然后以300sccm通入氮气，使腔室内压力达到6kPa，调节设备微波频率为2.45GHz，功率至3kW，升高温度至300℃，以200sccm通入氧气，保温10min后，完成退涂，得到刀具基体。
实施例2
本实施例以CNMG120408涂层刀具为例来说明本发明的退涂方法，具体退涂过程包括以下步骤：
1）使用乙醇和丙酮的混合溶液，乙醇和丙酮的得体积比为2：1，对金刚石涂层刀具进行超声清洗，清洗时间为30min，清洗结束后，使用压缩气枪对表面进行预干燥，然后转入烘箱，在80℃干燥1h；
2）取步骤1）处理后的金刚石涂层刀具，放入微波等离子体化学气相沉积设备腔室内，抽真空至1×10-2Pa，然后通入氮气，通过调节球阀调节氮气的流量为300sccm，使腔室内压力达到7kPa，使用的设备微波频率为2.45GHz，额定功率为10kW，调节功率至4.5kW，升高温度至400℃，以250sccm通入氧气，保温30min，得到刀具基体；
3）将步骤2）刀具基体装载在夹具上，放置在全自动干喷砂机设备中，喷嘴压力1.5bar，喷砂时间10s，然后使用压缩气枪将刀具基体表面残砂吹洗干净，之后使用乙醇超声清洗，完成退涂。
实施例3
本实施例以CNMG120408涂层刀具为例来说明本发明的退涂方法，具体退涂过程包括以下步骤：
1）使用乙醇和丙酮的混合溶液，乙醇和丙酮的得体积比为2：1，对金刚石涂层刀具进行超声清洗，清洗时间为35min，清洗结束后，使用压缩气枪对表面进行预干燥，然后转入烘箱，在80℃干燥1h；
2）取步骤1）处理后的金刚石涂层刀具，放入微波等离子体化学气相沉积设备腔室内，抽真空至1×10-2Pa，然后通入氮气，通过调节球阀调节氮气的流量为300sccm，使腔室内压力达到8 kPa，使用的设备微波频率为916MHz，调节功率至35kW，升高温度至450℃，以250sccm通入氧气，保温45min，得到刀具基体；
3）将步骤2）刀具基体装载在夹具上，放置在全自动干喷砂机设备中，喷嘴压力1.8bar，喷砂时间20s，然后使用压缩气枪将刀具基体表面残砂吹洗干净，之后使用乙醇超声清洗，完成退涂。
实施例4
本实施例以CNMG120408金刚石涂层刀具为例来说明本发明的退涂方法，具体退涂过程包括以下步骤：
1）使用乙醇和丙酮的混合溶液，乙醇和丙酮的得体积比为2：1，对金刚石涂层刀具进行超声清洗，清洗时间为40min，清洗结束后，使用压缩气枪对表面进行预干燥，然后转入烘箱，在80℃干燥1 h；
2）取步骤1）处理后的金刚石涂层刀具，放入微波等离子体化学气相沉积设备腔室内，抽真空至1×10-2Pa，然后通入氮气，通过调节球阀调节氮气流量为300sccm，使腔室内压力达到8kPa，使用的设备微波频率为2.45GHz，额定功率为10kW，调节功率至6kW，升高温度至500℃，以300sccm通入氧气，保温60min，得到刀具基体；
3）将步骤2）刀具基体装载在夹具上，放置在全自动干喷砂机设备中，喷嘴压力2bar，喷砂时间30s，然后使用压缩气枪将刀具基体表面残砂吹洗干净，之后使用乙醇超声清洗，完成退涂。
该金刚石涂层刀具的退涂方法适用于所有金刚石涂层刀具，金刚石涂层刀具的形状、尺寸无影响。

Claims (7)

1.一种金刚石涂层刀具的退涂方法，其特征是：包括以下步骤：将金刚石涂层刀具放入微波等离子体化学气相沉积设备的腔室内，抽真空，然后通入氮气，使腔室内压力达到6~8kPa，设置微波的频率为2.45GHz、功率为3~6kW或者选用微波的频率为916MHz、功率不小于35kW，升高温度至300~500℃，以200~300sccm通入氧气，保温，得到刀具基体。
2.根据权利要求1所述的金刚石涂层刀具的退涂方法，其特征是：所述金刚石涂层刀具在退涂前进行预处理，所述预处理包括预清洗处理和干燥，所述预清洗处理采用乙醇和丙酮的混合溶液作为清洗液，预清洗时间为20~40min。
3.根据权利要求2所述的金刚石涂层刀具的退涂方法，其特征是：所述干燥为先使用压缩空气对金刚石涂层刀具表面进行预干燥，然后烘干。
4.根据权利要求1所述的金刚石涂层刀具的退涂方法，其特征是：所述抽真空至真空度达到1×10-2Pa以下。
5.根据权利要求1所述的金刚石涂层刀具的退涂方法，其特征是：所述保温时间为10~60min。
6.根据权利要求1所述的金刚石涂层刀具的退涂方法，其特征是：对退涂后得到的刀具基体进行喷砂处理和清洗处理，所述清洗处理使用乙醇作为清洗液，用超声进行清洗。
7.根据权利要求6所述的金刚石涂层刀具的退涂方法，其特征是：所述喷砂处理的参数为：喷嘴压力1.5~2bar，喷砂时间10~30s。
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