[發明專利]一種金剛石膜涂層汽車鋁輪轂刀片的制備工藝

在審

• 申請號: 201310736148.7
• 申請日: 2013-12-29
• 公開（公告）號: CN103741115A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 陳遠達;王勝云;何靜
• 申請（專利權）人: 湖南中航超強金剛石膜高科技有限公司
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/44;C23C16/52;C23C16/02
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技術領域

本發明涉及汽車零部件加工工具領域，具體的說是在硬質合金鋁輪轂刀片基體上涂層金剛石薄膜（CVD），本發明也可以用于其它硅鋁合金、有色金屬、碳纖維、玻璃纖維等難加工材料的切削刀具。

背景技術

輪轂是汽車上最重要的安全零件之一，輪轂承受著汽車和載重物質量作用的壓力，受到車輛在起動、制動時動態扭矩的作用，還承受汽車在行駛過程中轉彎、凹凸路面、路面障礙物沖擊等來自不同方向動態載荷產生的不規則交變受力。輪轂的質量和可靠性不但關系到車輛和車上人員物資的安全性，還影響到車輛在行駛中的平穩性、操縱性、舒適性等性能，這就要求輪轂動平衡好、疲勞強度高、有好的剛度和彈性、尺寸和形狀精度高、質量輕等，鋁輪轂以其良好的綜合性能滿足了上述要求，在安全性、舒適性和輕量化等方面表現突出，博得了市場青睞，正逐步代替鋼制輪轂成為最佳選擇。?

汽車鋁輪轂正在向大直徑、輕量化、高強度、美觀化等方向發展，汽車主流市場是以15～18in（1in=25.4mm）輪轂為主，16in輪轂所占市場份額最大。鋁輪轂制造技術的主要發展趨勢是自動化、智能化、產業化、節能和環保。

中國汽車產、銷量已經躍居為世界第一，汽車工業協會預測2013年汽車銷售量有望超過二千萬輛，達到2065萬輛。目前，6500萬件的年產能使得我國成為了世界鋁輪轂生產大國。

輪轂加工采用單軸立式或臥式數控機床，高精度CNC加工單元，五軸數控加工中心。為了滿足汽車工業發展的需求，鋁輪轂加工企業大量使用?PCD刀具，材質采用美國GE和英國DEBEERS公司，以色列伊斯卡生產的聚晶金剛石復合片。

這些刀片能實現高效、高速、高精度切削加工。但由于其刀尖強度較低，通常只適用于精加工，而在切削抗力變化較大的粗加工中容易發生崩刃，且刀具壽命的分散性較大。

發明內容

為了克服原有聚晶金剛石刀具的缺點，本發明提供了一種金剛石膜涂層汽車鋁輪轂刀片的制備工藝，采用熱絲CVD沉積設備在硬質合金輪轂刀片基體上沉積10-15μm金剛石膜涂層。

解決本發明技術問題采用如下步驟：

第一步：清洗干燥：在恒溫干燥室內清洗去防銹油，通過清洗干燥聯動裝置將清洗的工件進入干燥箱，溫度控制在85-90?℃；

所述清洗干燥聯動裝置是：高壓噴淋清洗機由輸送帶或懸掛線送入待清洗的工件，經過一定的程序，完成工件的除油、清洗、烘干、然后由輸送帶自動送出。

第二步：拋研工件：用金剛石微粉拋研上步清洗干燥后的工件，使涂層金剛石膜形成框架基礎；

第三步：預處理：用自制的溶液在超聲波清洗機中刻蝕工件表面，烘干；

所述自制的溶液是：用Na₂FeO_4、KOH、H₂0按重量比1:2:20的比例配制而成；

第四步：再次清洗：超聲波清洗機中使用丙酮與無水乙醇按照重量比為3:7的配比，再次進行脫脂、去污、清洗、干燥；

第五步：調節設備：將上步烘干的工件置于熱絲CVD沉積設備基片臺上，將熱絲CVD沉積設備抽真空至熱偶計示數為5-6?Pa，30-40?min，熱絲加電壓電流逐步加熱至1800-2000?℃；同時輸入C、H分別至1-2Pa,對工件涂層面形核；同時輸入Ar至0.5-1.5Pa，對工件加負偏壓5A；

第六步：形核階段：上步加熱時間完成后，調節熱絲CVD沉積設備的熱絲電壓電流逐步加熱至2500℃，將熱絲CVD沉積設備抽真空至熱偶計示數為6-7?Pa，?50?min；

第七步：生長、沉積階段：上步加熱時間完成后，調節熱絲電壓電流逐步加熱至2800℃，將熱絲CVD沉積設備抽真空至熱偶計示數為6-7?Pa，加熱6小時。

第八步：反打：調整正偏壓至8A運行約15?min，反打完成。使用反打功能是為了去除刀片邊緣和尖角由于沉積金剛石膜隆起產生的不規則毛邊，相當于機械加工最后的工序-去毛刺。金剛石薄膜沉積完畢。

本發明的積極效果在于：如圖2所示，本發明涂層硬度高，微硬度值約為HV9000；如圖3所示，本發明金剛石薄膜涂層形貌連續、均勻、致密；

本發明散熱性能優良。使用本發明的金剛石膜涂層鋁輪轂刀片比使用?PCD聚晶金剛石復合片的使用壽命和效率可以提高4-6倍。從而使CVD涂層刀片既具有?PCD聚晶金剛石復合片的高硬度，又具有硬質合金刀片的高強度，保持堅硬的切削性能又克服了聚晶金剛石復合片刀尖強度較低不能承受切削沖擊力和切削抗力變化的變化而崩刃的嚴重問題。

附圖說明