提要：
5G功夫周全屏商场蓄势待发，3D玻璃因具备美丽、皎洁、浮滑、合适无线充电等好处，将慢慢替代金属材料强占高端手机盖板商场。但是，其热弯工艺对石墨模具的材料本能、机关计划和表面光洁度等请求很高。热弯石墨模具高速铣削加工的临盆效率、做事表面光洁度在确定水平上取决于刀具精度及寿命。为针对高光洁度热弯石墨模具开拓一种新式高速加工用金刚石涂层铣刀，采纳HFCVD法制备微米金刚石涂层(MCD)铣刀、亚微米金刚石涂层(SMCD)铣刀、纳米金刚石涂层(NCD)铣刀及微纳复合金刚石涂层(MCD/NCD)圆弧刃铣刀(D4R0.2)。经过拉曼光谱探测各种金刚石涂层原料，从而行使磨擦磨损实践比拟未涂层硬质合金、MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD涂层与石墨对磨的磨擦系数、耐磨损本能和材料去除率，表明MCD/NCD微纳复合金刚石涂层归纳了表层NCD晶粒藐小精致、磨擦系数小、表面粗陋度小及过渡层MCD耐磨损本能好、与基体连接强度高档好处。在此根本上，开展未涂层硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层圆弧刃铣刀高速铣削石墨实践，以探求各种铣刀的磨损机理与切削本能。了局阐明，MCD/NCD微纳复合金刚石涂层铣刀寿命最长、加工精度最高，在小量以至无需后期研磨抛光的处境下便可得到高光洁度3D玻璃热弯石墨模具。
1引言基于他日5G进展的潮水，周全屏无疑是今朝手机财产界的热门，一方面，花费者对表面改变的请求越来越高，另一方面，对毫米波电磁屏障效应显著且不帮助无线充电的金属材料，将慢慢退出高端手机盖板商场，而3D玻璃具备浮滑、皎洁、抗指纹、防眩光、坚实、耐刮伤、合适无线充电等好处，将被宽泛运用于制做高端手机先后盖板，3D玻璃盖板及产能攻破将是推进他日5G功夫周全屏商场周全暴发的关键要素[1,2]。3D玻璃是2D玻璃经过CNC加工或热弯成型得到，但CNC加工耗时长、良率低，难以大范围量产，今朝根底采纳热弯工艺替代CNC加工。石墨材料是建造3D玻璃热弯模具的最好筛选。3D玻璃热弯工艺的产物良率对石墨模具的材料本能、机关计划及加工原料提议了很高的请求，模腔的表面光洁度会直接影响3D玻璃的表面了局。高速铣削是加工石墨材料较志向的办法，铣刀精度、寿命等是影响模具加工原料和临盆效率的首要要素。今朝化学气相聚集（ChemicalVapourDeposition,CVD）金刚石涂层WC-Co硬质合金刀具在EDM石墨电极加工范围具备较好的运用了局[3]，但是CVD金刚石涂层依照颗粒度，首要可分为微米金刚石(MCD，晶粒≥1μm)、亚微米金刚石(SMCD，晶粒nm~1μm)和纳米金刚石(NCD，晶粒7nm~nm)3种[4]，微米金刚石比纳米金刚石涂层耐磨性好，但其加工表面原料相对较差。其它3D玻璃热弯模具采用的石墨材料联系于普遍EDM石墨，孔隙散布更匀称，颗粒与孔隙间连接更精细，纯度和强度更高，因而加工难度更高。
铣削高光洁度热弯石墨模具时刀具的筛选尤其关键。精修时应筛选圆弧刃铣刀(R0.2或R0.5)，而非平底铣刀，由于平底铣刀刀尖太尖利，用于铣削石墨，极易形成崩刃。其它，研讨阐明，金刚石涂层铣刀是最合适加工石墨材料的刀具，其它类别铣刀在加工石墨时不光刀具磨损严峻，寿命短，且表面加工精度根蒂无奈保证。刀具磨损严峻是石墨加工中最关键的技艺困难，今朝商场上石墨刀具原料错落不齐，且均采纳单层金刚石涂层技艺。因而，有需要针对高光洁度热弯石墨模具开拓新式高速加工用金刚石涂层刀具，提拔刀具精度和寿命，并保证产物加工表面原料，以满意5G功夫对加工精度、临盆效率升高，制形成本低落的请求。经过开展微米金刚石涂层(MCD)刀具、亚微米金刚石涂层(SMCD)刀具、纳米金刚石涂层(NCD)刀具、微纳复合金刚石涂层(MCD/NCD)刀具磨损机理和切削本能的研讨，得到精度更高、耐磨性更好、寿命更长的金刚石涂层刀具。
2金刚石涂层刀具的制备及本能表征2.1金刚石涂层的制备
采纳克己的热丝化学气相聚集(HFCVD)征战在硬质合金球(φ6mm，用于磨擦磨损实践)和圆弧刃铣刀(D4R0.2，用于高速铣削石墨实践)两种基体上离别制备MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD涂层，如图1。在硬质合金基体上聚集金刚石涂层前，采纳酸碱两步法对基体举办预解决[5]，一方面去除基体表面钴元素，另一方面粗化基体表面以坚固金刚石颗粒和碳化钨颗粒的呆板咬合营用从而升高涂层连接强度。各种金刚石涂层聚集经过中，碳源均采纳甲烷和氢气，重锤将6根钽丝拉直并以平行等间距排布方法平静在基体上方5mm处做为热源，图2为热丝排布示妄念。MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD涂层的聚集参数如表1所示。
图1HFCVD征战
图2热丝排布示妄念
表1MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD涂层的聚集参数
聚集参数
形核
MCD
SMCD
NCD
MCD/NCD
阶段Ⅰ
阶段Ⅱ
甲烷浓度
24sccm
20sccm
24sccm
24sccm
20sccm
24sccm
氢气浓度
sccm
sccm
sccm
sccm
sccm
sccm
气压
Pa
Pa
Pa
Pa
Pa
Pa
功夫
30min
7h
7h
7h
4h
3h
热丝温度
±°C
±°C
±°C
±°C
±°C
±°C
基体温度
-°C
-°C
-°C
-°C
-°C
-°C
2.2金刚石涂层的本能表征
2.2.1金刚石涂层刀具表面及截面描写
采纳扫描电子显微镜(FESEM)收罗MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层刀具的表面和截面描写，离别如图3和图4所示。由图3知，MCD涂层金刚石晶粒厚实，结晶性好，大普遍晶粒浮现和面取向；SMCD涂层金刚石晶粒尺寸大多在nm~1μm，部份晶粒充足成长的同时，不少小晶粒蜂拥在较大晶粒的方圆；NCD涂层金刚石结晶性较差，晶粒尺寸在nm下列，且呈菜花状会聚；MCD/NCD微纳复合涂层晶粒一样浮现出菜花状会聚方法。由图4可发掘，4种金刚石涂层的厚度都约9μm，且匀称笼罩在刀具基体表面。
图4金刚石涂层刀具截面描写:(a)MCD;(b)SMCD;(c)NCD;(d)MCD/NCD
2.2.2金刚石涂层刀具拉曼光谱
经过拉曼光谱剖析MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层的元素构成相，如图5所示。MCD涂层的拉曼光谱在cm-1邻近涌现尖利的金刚石特点峰(cm-1)，阐明其含有较高纯度多晶金刚石。SMCD和NCD涂层的拉曼光谱均在cm-1邻近涌现一宽峰，这是由于cm-1邻近的D峰和金刚石特点峰互相叠加，使cm-1邻近峰的宽度显然增大；其它，SMCD和NCD涂层离别在cm-1、cm-1邻近涌现一宽峰(G峰)；D峰和G峰的凸显阐明石墨和未必型碳等非金刚石成份的增加[6]；cm-1邻近和cm-1邻近峰是因反式聚乙炔效应引发[7]。MCD/NCD微纳复合涂层浮现出表层NCD的拉曼光谱特色。其它，未必型碳和石墨等成份对拉曼光源散射的灵巧度是金刚石成份的50-80倍，因而4品种别金刚石涂层的首要成份均是多晶金刚石[8]。
2.2.3金刚石涂层磨擦学本能
金刚石涂层刀具铣削石墨时，金刚石涂层与石墨间猛烈的磨擦对刀具磨损和表面加工精度有首要影响，因而经过开展磨擦磨损实践探求MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD4种金刚石涂层球及未涂层硬质合金球与石墨的磨擦学本能。对磨实践上试样为球(φ6mm)，平静于装有传感器的悬臂梁，下试样为石墨平片，平静于转动台上。载荷恒定为2N，转动台转速为rpm，磨擦前提为干磨擦，每组实践对磨功夫为3h。图6为硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD4种金刚石涂层与石墨的磨擦系数弧线。MCD涂层磨擦系数最大，这是由于MCD涂层金刚石颗粒尖利的晶粒取向致使其表面较粗陋；SMCD涂层磨擦系数介于MCD涂层和NCD涂层之间；NCD涂层和MCD/NCD微纳复合涂层的表面描写、粗陋度都出入较小，平静后磨擦系数均与抛光后的硬质合金凑近。
图6硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD4种金刚石涂层与石墨的磨擦系数
图7和图8离别为未涂层硬质合金球及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层球与石墨对磨实践后二维及三维磨损描写，比拟磨损地域面积可知，未涂层硬质合金球耐磨损本能最差；关于单层金刚石涂层，MCD涂层硬度最高，SMCD涂条理之，NCD涂层硬度小。因而MCD涂层耐磨损本能最好，MCD涂层耐磨损本能显然优于NCD涂层，SMCD涂层耐磨损本能介于MCD涂层和NCD涂层之间；MCD/NCD微纳复合涂层由于过渡层MCD的影响，具备较好的耐磨损本能。图9为与未涂层硬质合金球及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层球对磨3h后石墨表面描写，由于表面硬度是影响材料去除率的关键要素，因而硬质合金球对石墨材料去除率最小，各种金刚石涂层球对石墨的材料去除率中，MCD涂层最大，SMCD涂条理之，MCD/NCD微纳复合涂层略小于SMCD涂层，NCD涂层最小。
(a)未涂层硬质合金
(b)MCD
(c)SMCD
(d)NCD
(e)MCD/NCD
图7硬质合金及不同类别金刚石涂层球二维磨损描写
(a)未涂层硬质合金
(b)MCD
(c)SMCD
(d)NCD
(e)MCD/NCD
图8硬质合金及不同类别金刚石涂层球三维磨损描写
(a)与硬质合金球对磨
(b)与MCD涂层球对磨
(c)与SMCD涂层球对磨
(d)与NCD涂层球对磨
(e)与MCD/NCD涂层球对磨
图9对磨实践石墨表面描写
3铣削实践为剖析未涂层硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层刀具铣削热弯石墨模具时的磨损机理和切削本能，在石墨机床(AP-，台湾威诺斯汉)上开展高速铣削实践，如图10。工件材料为法国ELLOR+25石墨，刀具为未涂层硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层圆弧刃铣刀，HFCVD制备的金刚石涂层圆弧刃铣刀如图11所示。铣削工艺参数离别为：主轴转速00rpm、进给速率mm/min、铣削深度0.05mm。铣削经过中，为得到刀具磨损量改变规律，每铣削40m(最后的40min内)或80m(40min后)，采纳光学显微镜衡量后刀面磨损。采用后刀面磨损量VB到达0.1mm做为刀具磨钝准则，硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层圆弧刃铣刀后刀面磨损弧线如图12所示。到达磨钝准则时，硬质合金铣刀的铣削路径为m，MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层铣刀的铣削路径离别到达m、m、m、m，离别为硬质合金铣刀寿命的4.7、6、6.7、8倍。实践停止后，行使FESEM收罗硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层圆弧刃铣刀的磨损描写，如图13所示。石墨是一种硬脆材料，在高速铣削经过中，藐小颗粒状切屑轻易聚集和粘附在刀具表面和已加工表面上，刀具和工件表面产生激烈磨擦，因而刀具磨损会较量严峻。高速铣削石墨时，刀具磨损情势主若是磨粒磨损[3]。由图13可知，未涂层硬质合金铣刀在30min内后刀面磨损严峻，其耐磨损本能远远不如金刚石涂层铣刀；MCD涂层铣刀未产生涂层零落，阐明MCD涂层和硬质合金基体间连接强度优越，但是其表面粘附了较多石墨切屑，且MCD涂层表面粗陋，这会增大刀具和石墨间的磨擦；SMCD涂层铣刀表面涌现较大面积磨平地域；NCD涂层铣刀石墨颗粒聚集较少，这是由于NCD涂层晶粒藐小精致，表面粗陋度小于MCD涂层和SMCD涂层，谢绝易粘附石墨切屑，确定水平上可有用低落刀具和工件间的磨擦，但是NCD涂层刀具涌现涂层零落，阐明NCD涂层和硬质合金基体的连接强度不够；MCD/NCD微纳复合金刚石涂层刀具未产生涂层零落，且石墨切屑聚集量较少，这是由于过渡层MCD的影响，其与硬质合金基体间连接强度优越，又获利于表层晶粒藐小的NCD涂层的影响，其表面粗陋度小，因而展现出精良的切削本能。
图10高速铣削石墨场景
图11金刚石涂层圆弧刃铣刀
图12不同类别圆弧刃铣刀后刀面磨损弧线
(a)未涂层硬质合金
(b)MCD
(c)SMCD
(d)NCD
(e)MCD/NCD
图13不同类别圆弧刃铣刀磨损描写
采纳三维表面仪收罗硬质合金及MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层圆弧刃铣刀高速铣削后的石墨表面描写，并衡量其表面粗陋度，离别如图14和图15所示。未涂层硬质合金铣刀加工得到的石墨表面粗陋度2.64μm最大，关于不同类别金刚石涂层铣刀的加工处境，MCD涂层铣刀对应的石墨加工表面粗陋度最大，SMCD次之，NCD略大于MCD/NCD。与其它类别圆弧刃铣刀比拟，MCD/NCD微纳复合金刚石涂层铣刀得到的石墨加工表面粗陋度最小，且刀具寿命最长，在小量以至无需后期研磨抛光的处境下，便可得到高光洁度3D玻璃热弯石墨模具。
(a)未涂层硬质合金
(b)MCD
(c)SMCD
(d)NCD
(e)MCD/NCD
图14石墨加工表面描写
(a)未涂层硬质合金(Ra2.64μm)
(b)MCD(Ra1.81μm)
(c)SMCD(Ra1.50μm)
(d)NCD(Ra1.18μm)
(e)MCD/NCD(Ra1.14μm)
图15石墨加工表面粗陋度
4论断(1)经过HFCVD法制备得到MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层圆弧刃铣刀，各种金刚石涂层都匀称笼罩于刀具基体上。比拟不同类别金刚石涂层的磨擦学本能，MCD/NCD微纳复合金刚石涂层归纳了表层NCD晶粒藐小精致、磨擦系数小、表面粗陋度小及过渡层MCD连接强度高、耐磨损本能好等好处。
(2)高速铣削石墨时，刀具后刀面磨损首要情势为磨粒磨损，MCD、SMCD、NCD、MCD/NCD金刚石涂层刀具寿命离别可到达硬质合金涂层刀具的4.7、6、6.7、8倍。
(3)MCD涂层连接强度好，但易粘附石墨切屑；SMCD和NCD涂层连接强度不够，大概涌现涂层零落；NCD涂层晶粒藐小精致，谢绝易粘附石墨切屑，磨擦系数小；MCD/NCD微纳复合涂层兼具过渡层MCD与表层NCD的好处，不光刀具寿命长，并且加工石墨表面粗陋度小，因而MCD/NCD微纳复合涂层铣刀在小量以至无需后期研磨抛光的处境下，便可得到高光洁度3D玻璃热弯石墨模具。
同心协力，玩转刀具建造：器械磨削、刀具涂层、刀具计划、刀具钝化、刀具衡量、刀具材料（硬质合金棒料、陶瓷、高速钢、金刚石等）、棒料解决、刀具包装、砂轮、磨削油液、过滤环保、磨床配件等。
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吴艳冬Edita
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