ITES深圳工业展暨阿里巴巴1688工业采购节
2022.8.15-8.18 深圳国际会展中心(宝安)

CVD金刚石涂层刀具崛起,性价比远胜传统刀具?

2022-03-10 13:35:52 | 415 | 来自: ITES深圳工业展
刀具金属切削

【导语】 CVD金刚石涂层刀具愈受市场青睐,或是国产刀具新方向?

2021年全球机床数据一路高涨(→详情点击查看)带动了刀具市场的繁荣。根据相关研究数据,预计到2022年全球刀具市场将达到390亿美元规模。而国内刀具行业也早已存在百亿级市场规模,且保持一个较高的增长速度,据不完全统计,2017年至2020 年平均市场规模为400亿元。


复合材料应用广泛,CVD金刚石涂层刀具崛起

近年来随着汽车、航空航天、3C等行业的飞速发展,各种难加工复合材料的应用越来越广泛,传统的硬质合金刀具或PVD涂层刀具的应用在受到了极大的限制,超硬刀具尤其是单晶金刚石刀具及PCD复合片刀具因其卓越的切削性能、优异的表面质量、超长的加工寿命越来越受到市场的认可和青睐。

单晶金刚石刀具.png

单晶金刚石刀具

PCD复合片刀具.png

PCD复合片刀具

但是,这两种刀具也存在一定缺点:

  • 单晶金刚石受到本身性能、规格尺寸、价格的限制,主要用于精加工和连续加工领域,且无法加工成复杂形状的刀具来使用;

  • 根据加工对象不同,PCD复合片需要选择不同规格的PCD材料,而且由于PCD复合片材料本身的性能差异,在一定领域内限制了其应用。

金刚石图层刀具.png

金刚石涂层刀具

与单晶金刚石刀具、PCD复合片刀具不同,CVD金刚石涂层刀具是采用化学气相沉积(CVD)的方法在硬质合金刀具表面沉积CVD金刚石涂层的刀具。在CVD金刚石涂层过程中,刀具表面是纯金刚石,没有任何添加剂存在,避免了PCD复合片中添加剂金属存在导致的应用局限。而且整个沉积过程是在气氛状态下进行,对刀具几何形状没有特殊要求,可以在任意形状的硬质合金刀具表面做涂层,满足复杂轮廓的加工需求。


兼具强韧性和低摩擦系数超高性价比完胜传统刀具?

CVD金刚石涂层刀具既具有硬质合金的强韧性,又兼具了金刚石表面平整光滑、摩擦系数小和容易研磨抛光等优点,在切削加工领域的需求日益广泛。

  • 石墨模具加工已有数据表明带有CVD金刚石涂层的硬质合金刀具加工石墨模具时,其寿命可达未涂层的硬质合金刀具的10倍以上,同时,由于摩擦系数低,CVD金刚石涂层刀具加工速度可比硬质合金刀具高2-3倍,不需冷却液,可精确加工石墨电极的薄壁、深肋槽部位。在碳纤维复合材料的加工中,也有可能获得较长的刀具寿命和较高的加工质量。

石墨模具.png

石墨模具

  • 用于木工刀具CVD金刚石涂层刀具因为刀具表面为纯金刚石膜,因此耐磨性极高,在木工刀具方面也广受欢迎。市场调研报告显示,CVD涂层刀具在加工氧化铝强化木地板上的寿命是PCD复合片寿命的2倍以上。而且在石材、玻璃纤维、碳基复合材料及有机复合材料的加工领域,CVD金刚石涂层刀具也是目前最理想的刀具材料。

  • 用于高精度刀具在制版行业广泛应用的制版精修刀、首饰行业用到的首饰刀等,这些刀具要求其本身的精度极高,刀具表面的粗糙度极低,以前只能使用单晶金刚石刀具才能满足需求。目前CVD金刚石涂层刀具已广泛应用于超精加工领域,耐磨性比PCD刀具高2-10倍,加工质量可与单晶金刚石刀具相媲美,而性价比远优于单晶金刚石刀具。


国内技术尚未成熟研发和抢占市场两手抓

从发展水平来看,国外CVD金刚石涂层技术已日趋成熟,已有多家以CVD金刚石涂层刀具技术进行研发和生产的公司。对于国内企业来讲,技术成熟度差一些,基本上是处于边研发边抢占市场阶段。

PCD复合片刀具.png

金刚石涂层刀具

厦门金鹭2022 ITES展商)和株钻2022 ITES展商),已经向市场推出涂层刀具,包括PVD涂层和CVD金刚石涂层,都是作为硬质合金刀具品质的提升。

嘉兴沃尔德作为科创板上市企业,一直将CVD金刚石涂层刀具技术作为公司的储备技术,且已经小规模地开展测试及应用。

河北上诚超硬材料有限公司通过自主研发,拥有完全自主知识产权的CVD生长设备及涂层技术,可稳定批量的向市场供货,其产品质量在大部分加工领域已经达到甚至超出国外水平。


值得注意的是,CVD金刚石涂层刀具也并非毫无缺点。因金刚石薄膜与硬质合金基体间附着力较差的缺点限制了CVD纳米金刚石涂层刀具大规模工业化的应用。随着科研工作者的继续努力,相信不久的将来,CVD金刚石涂层不论在技术、设备还是工艺上都会得到很大进展。


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