全 文 ： 第 vz卷 第 u期u s s t年 v 月
林 业 科 学
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¤µqou s s t
金刚石涂层木工刀片磨损的研究
曹平祥 华毓坤 周之江
k南京林业大学 南京 utssvzl
摘 要 } 本文主要研究刀具材料 !试验环境对金刚石涂层刀片耐磨性的影响 o探讨刀片的耐磨性和耐腐蚀
性 ∀试验发现金刚石涂层提高了刀片耐磨性 us h ∗ wx h o金刚石薄膜均有不同程度的剥落 o限制了涂层刀片
的耐磨性 ∀试验表明屑末溶液和醋酸 !盐酸混合溶液不腐蚀金刚石薄膜 o但腐蚀基体材料 ∀金刚石薄膜磨耗
机理是/磨损变形 ) 裂纹 ) 磨屑形成0 ∀高速钢刀片以磨料磨损为主 o腐蚀磨损为辅 ∀粘结剂k钴元素l丧失是
硬质合金刀片磨损的根本原因 o一旦残余粘结力不足以抵抗磨擦所产生的剪切力 o碳化钨颗粒就会因疲劳而
脱落 ∀
关键词 } 金刚石薄膜 o刀具材料 o磨损 o碳化物 o磨料磨损 o腐蚀磨损
收稿日期 }t|||2sv2tx ∀
ΩΕΑΡ ΟΦ ∆ΙΑΜΟΝ∆ ΧΟΑΤΕ∆ ΙΝ ΤΗΕ ΧΟΝΤΙΝΥΟΥΣΛΨ
ΜΑΧΗΙΝΙΝΓ ΠΑΡΤΙΧΛΕΒΟΑΡ∆
≤¤² °¬±ª¬¬¤±ª ‹∏¤ ≠∏®∏± «²∏«¬­¬¤±ª
k Νανϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγ utssvzl
Αβστραχτ } ׫¨ ¶·∏§¼ º¤¶·²¬±√¨ ¶·¬ª¤·¨·«¨ ©¨©¨¦·¶²©·²²¯ °¤·¨µ¬¤¯¶¤±§ ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¤¯ ¶∏µµ²∏±§¬±ª¶²± §¬¤°²±§2
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Κεψ ωορδσ} ⁄¬¤°²±§ °¨ °¥µ¤±¨ oײ²¯ °¤·¨µ¬¤¯¶o • ¤¨µo≤¤µ¥¬§¨¶o„¥µ¤¶¬²±o≤²µµ²¶¬√¨ º¨ ¤µ
木工刀具的切削对象是木材及木质复合材料 o是多组分的 !复杂的混合体 ∀当刀具在切削时如同将
刀具置于复杂的介质中 o既有造成刀具机械擦伤的硬质点 o即节子 !树脂 !石英砂和胶合材料 o又有引发
刀具发生化学腐蚀的酸性介质 o如醋酸 !单宁和多酚类化合物等 o还有促进刀具材料和工件材料相互作
用的切削温度 !切削力和环境状态 ∀因而 o刀具切削木材 !木质复合材料的过程 o对刀具而言 o实质是刀
具与工件材料发生机械 !热和化学腐蚀作用 o刀具前后面的金属材料不断消失的过程 ∀由于刀具磨损变
钝 o造成工件加工表面的材料被搓起 !撕裂 !挖切 o切削过程不得不中断 ∀这增加换刀磨刀的次数和机床
的启动频率 o降低了机床的使用效率 ∀因此 o提高刀具抗磨性具有重要的实用价值 ∀
金刚石是目前最硬的物质k‹∂ Υ tssss®ª©Π¦°ul o具有耐磨性高 !化学稳定性好和导热系数高等优
点 ∀其耐磨性是硬质合金的 tss ∗ uxs倍 o但它的韧性很差 ∀人造金刚石分为两种 o一种是高温高压下
合成单晶k≤⁄l !聚晶金刚石k°≤⁄l o另一种是气相沉积的金刚石薄膜 ∀金刚石薄膜是在低真空状态
下 o加热含有碳的反应气体k如烷类 !酮类 !醇类l o使之分解 o碳原子或甲基基团相互结合 o生成金刚石结
构并抑制和刻蚀石墨等其他碳结构的生长 o在基体上析出纯净的多晶态的金刚石膜 ∀
金刚石涂层刀具是把金刚石的高硬度和高抗磨性与传统刀具材料的高韧性和高抗冲击性结合起
来 o既具备良好的冲击韧性 o又有极高的耐磨性和化学稳定性 o这将大大提高刀具的耐磨性和降低刀具
的崩刃 o具有美好的实用前景 ∀
本文主要研究刀具材料 !试验环境对金刚石涂层刀片耐磨性的影响 o探讨刀片的耐磨性和耐腐蚀
性 ∀
t 试验
1 .1 试验装置
图 t 刀片磨损试验装置
ƒ¬ªqt „³³¤µ¤·∏¶²©·²²¯ º¨ ¤µ ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¶
试验装置如图 t所示 o由轨道 !滑板 !
刀架 !滑轮 !试件和砝码等组成 ∀轨道是
滚珠 ∂ 型轨道 o摩擦系数低 ∀在砝码的
作用下 o滑块向左移动 o刀片就与试件接
触 ∀因此 o刀片和试件之间的正压力取决
于砝码的重量 o砝码重量不变 o则正压力
就保持常数 ∀调节砝码的重量 o就改变正
压力的大小 ∀
刀片磨损形貌和刃口磨损带宽度在
ƒ×° ) ÷t型分析式铁谱仪上观察和测量 o
精确到 s qsst°° o最大放大倍数为 tss{
倍 ∀因刨花板表面密度较高 o芯层较低 o
刀具沿刃口的磨损不一致 o故以刃口的磨损带宽度作为衡量刀具磨损的刃口参数 ∀
1 .2 试验安排
本部分试验采用正交表试验 |ku ≅ vvl安排试验 ∀考察的因素包括涂层 !刀具材料和试验环境 ∀由
于涂层因素只有涂层和不涂层 u个水平 o因而采用拟水平法将涂层因素添足为 v个水平 ∀因素水平和
试验安排见表 t和 u ∀
表 1 因素水平表
Ταβ .1 Φαχτορ λεϖελσ
因素
ƒ¤¦·²µ¶
水平
¯¨ √¨ ¶¯
t u v
刀具材料
ײ²¯ °¤·¨µ¬¤¯¶
高速钢k • t{≤µw∂l
‹¬ª«¶³¨ §¨¶·¨¨¯k • t{≤µw∂l
硬质合金k≠Štxl
≤ °¨ ±¨·¨§·∏±ª¶·¨± ¦¤µ¥¬§¨¶k≠Štxl
硬质合金k≠Š{l
≤ °¨ ±¨·¨§·∏±ª¶·¨± ¦¤µ¥¬§¨¶k≠Štxl
试验环境
∞¬³¨µ¬° ±¨·¤¯ ¶∏µµ²∏±§¬±ª¶
屑末溶液
≤«¬³¶²¯∏·¬²±
醋酸 !盐酸得混合溶液
¬¬¨ §¶²¯∏·¬²± ²©«¼§µ²¦«¯²µ¬¦¤¦¬§¤±§¤¦¨·¬¦¤¦¬§
干磨
‘¤·∏µ¤¯ ¼¯ ¤¥µ¤§¬±ª¶¬·∏¤·¬²±
涂层
≤²¤·¬±ª
不涂层
‘²±2¦²¤·¨§
金刚石涂层
⁄¬¤°²±§¦²¤·¨§
1 .3 试验准备
本试验用的 v把待涂层的刀片 o经过下列处理过程 }ktl用 {s目砂轮在平面磨床上研磨 o使表面粗
糙度达到 • ¤ s1t ∗ s1w Λ°∀kul 用金刚石膏在抛光机上抛光 ∀kvl用 ‹≤¯ 和 ‹‘’v 腐蚀硬质合金刀片表
面 |s¶o将钴元素腐蚀掉 ∀kwl超声波清洗刀片的待涂表面 ∀
用射频辉光放电等离子体 ≤∂⁄法和直流等离子体热丝 ≤∂⁄法分别在高速钢刀片和硬质合金刀片
上沉积多晶金刚石薄膜和类金刚石薄膜 ∀多晶金刚石薄膜厚为 u Λ°左右 o类金刚石薄膜厚为 tΛ°左
右 ∀试材为刨花板 o厚度为 t{ °° o密度为 s1{ªΠ¦°v o含水率为 z1x h ∀试件直径为 °°∀
每隔一定的磨擦长度 o观察刀片的磨损 !拍摄磨损形貌的显微照片和测量刀片刃口磨损带宽度 ∀共
有 z个观察点 o对应的磨擦长度依次为 w{1z®° o|z1w®° otxx1{®° ouvv1z®° ovvt1t®° owwz1|®°和 x{w1v
®°∀
ust 林 业 科 学 vz卷
表 2 试验方案
Ταβ .2 Εξπεριµενταλ αρρανγεµεντ
试验号 × ¶¨·±∏°¥¨µ
因素 ƒ¤¦·²µ¶
刀具材料
ײ²¯ °¤·¨µ¬¤¯¶
试验环境
∞¬³¨µ¬°¨ ±·¤¯ ¶∏µµ²∏±§¬±ª¶
涂层
≤²¤·¬±ª
t • t{≤µw∂ 屑末溶液
≤«¬³¶²¯∏·¬²±
不涂层
‘²±2¦²¤·¨§
u • t{≤µw∂ 混合溶液
¬¬¨ §¶²¯∏·¬²± ²©«¼§µ²¦«¯²µ¬¦¤¦¬§¤±§¤¦¨·¬¦¤¦¬§
不涂层
‘²±2¦²¤·¨§
v • t{≤µw∂ 干磨
‘¤·∏µ¤¯ ¼¯ ¤¥µ¤§¬±ª¶¬·∏¤·¬²±
金刚石涂层
⁄¬¤°²±§¦²¤·¨§
w ≠Štx 屑末溶液
≤«¬³¶²¯∏·¬²±
不涂层
‘²±2¦²¤·¨§
x ≠Štx 混合溶液
¬¬¨ §¶²¯∏·¬²± ²©«¼§µ²¦«¯²µ¬¦¤¦¬§¤±§¤¦¨·¬¦¤¦¬§
金刚石涂层
⁄¬¤°²±§¦²¤·¨§
y ≠Štx 干磨
‘¤·∏µ¤¯ ¼¯ ¤¥µ¤§¬±ª¶¬·∏¤·¬²±
不涂层
‘²±2¦²¤·¨§
z ≠Š{ 屑末溶液
≤«¬³¶²¯∏·¬²±
金刚石涂层
⁄¬¤°²±§¦²¤·¨§
{ ≠Š{ 混合溶液
¬¬¨ §¶²¯∏·¬²± ²©«¼§µ²¦«¯²µ¬¦¤¦¬§¤±§¤¦¨·¬¦¤¦¬§
不涂层
‘²±2¦²¤·¨§
| ≠Š{ 干磨
‘¤·∏µ¤¯ ¼¯ ¤¥µ¤§¬±ª¶¬·∏¤·¬²±
不涂层
‘²±2¦²¤·¨§
u 试验结果
2 .1 刀片磨损形貌
图 u 高速钢刀片刃口的磨损形貌k ≅ wssl
ƒ¬ªqu ׫¨ º²µ±¶∏µ©¤¦¨ ²±·«¨ ·²²¯ §¨ª¨ ²©
«¬ª«¶³¨ §¨¶·¨¨ k¯ ≅ wssl
u qt qt 高速钢刀片 在未涂层高速钢刀片的磨损形貌上 o可
见许多细小的犁沟或擦痕 o大部分犁沟贯穿整个刃口 o有些犁
沟从刃口向刀具表面延伸 o逐渐消失 o或从刀具表面磨损带往
后延伸 ∀犁沟宽度有大有小 o大的在 ts Λ°左右 o小的在 t Λ°
左右 ∀磨损带表面上有不少多边形颗粒 o白色颗粒k碳化钨l多
而大kv ∗ tx Λ°l o棕红色颗粒k碳化钒l少而小kt ∗ x Λ°l ∀磨损
带表面能发现少量团状覆盖物 o该覆盖物也许是粘附在刀片刃
口磨损带的刨花板中胶质 !树脂或者是混合溶液 !屑末溶液或
刨花板中有机酸和刀具材料发生腐蚀的产物 ∀在磨损带上 o还
发现了深灰色的斑痕 o通过调节显微镜景深 o能够断定它是凹
洼的 o因而是颗粒掉下来留下的痕迹 ∀从颗粒在整个磨损带的
分布来看 o靠近刃口的颗粒密度较稀 o且尺寸较小 ∀
涂层高速钢刀片在磨擦长度达到 w{1z ®°时 o刃口两面的
类金刚石薄膜仍然存在 o刃口上的类金刚石薄膜被磨耗 o露出了基体材料 ∀表面可见细小擦痕 o擦痕宽
度大致为 s1y ∗ u Λ° o颗粒很少 ∀随着磨损深入 o磨损带变宽 o擦痕宽度也增加了 o约为 t1x ∗ y Λ° o但深
度较浅 ∀白色颗粒分布在基体表面 o还有不少深灰色的空穴 ∀颜色鲜艳的粘结物较少 o但也能发现浅褐
色的覆盖物 ∀试验结束时 o刃口两面类金刚石薄膜完好 ∀和不涂层刀片相比 o涂层刀片刃口上的犁沟或
擦痕不象未涂层刀片那么大和深 ∀换言之 o类金刚石薄膜起着堤岸保护作用 o降低了基体磨耗程度 ∀
u qt qu 硬质合金k≠Štxl刀片 磨损带表面上分布了碳化钨颗粒 o见图 vk¤l ∀颗粒分布较稀 o可见孔
穴 ∀颗粒相互依联成片 o片域间存在浅褐色区域 o该区域沉凹下去 o并且还有少量白色颗粒嵌入在浅褐
色区域 ∀在浅褐色区域依稀可见沟痕 o还有微小的凹坑 ∀有些颗粒突出 o摇摇欲坠 ∀
涂层刀片刃口有崩刃 o刃口上金刚石薄膜在磨擦长度达到 w{ qz®°时就已破坏 o露出了基体材料 o白
vst 第 u期 曹平祥等 }金刚石涂层木工刀片磨损的研究
色颗粒显露出来 ∀颗粒密度较高 o浅褐色区域较小 o其间有凹坑 o也可见微小擦痕 ∀随着磨擦长度增加 o
磨损带两边的金刚石薄膜成块剥落 o也有被磨耗的痕迹 ∀刃口上的金刚石晶形已荡然无存 ∀
u qt qv 硬质合金k≠Š{l刀片 刀片刃口磨损形貌如图 vk¥l所示 ∀颗粒零散分布 o但数量比 ≠Štx多 ∀
颗粒突出 o飘然欲逝 ∀颗粒之间存在浅褐色区域 o分布较均匀 o擦痕不明显 ∀
图 v 硬质合金刀片的磨损形貌k ≅ wssl
ƒ¬ªqv ׫¨ ·²²¯ º²µ± ¶∏µ©¤¦¨ ²©¦¨ ° ±¨·¨§·∏±ª¶·¨± ¦¤µ¥¬§¨¶k ≅ wssl
涂层刀片刃口上的金刚石薄膜在 w{1z ®°时就已破坏 o形成窄长磨损带 o白色颗粒裸露在外 ∀随着
磨擦长度的增加 o磨损带逐渐变宽 o白色颗粒分布较密 o磨损带表面可见擦痕 o并有很微小的白色颗粒分
布在擦痕周围 ∀斑斑点点的深灰色凹穴分布在磨损带上 ∀刃口两边的金刚石薄膜块状剥离严重 o见图
wk¤l ∀
磨损形貌观察表明类金刚石薄膜粘结强度高 o未见其剥离 ~涂层刀片的犁沟或擦痕不象未涂层刀片
那么大和深 ∀因此 o类金刚石薄膜起到了堤岸保护作用 o降低了基体磨耗程度 ∀硬质合金刀片刃口两边
的金刚石薄膜均有不同程度的剥落 ∀从薄膜剥落情况来看 o≠Š{和金刚石薄膜的粘结强度比 ≠Štx高 ∀
k¤l金刚石涂层剥落k ≅ yssl
k¤l°¨ ¨¯¬±ª²©§¬¤°²±§ ° °¨¥µ¤±¨ k ≅ yssl
k¥l碳化钨颗粒分布k ≅ uxssl
k¥l⁄¬¶·µ¬¥∏·¬²± ²©·∏±ª¶·¨± ¦¤µ¥¬§¨ ªµ¤¬±¶k ≅ uxssl
图 w 硬质合金刀片的磨损形貌
ƒ¬ªqw ׫¨ ·²²¯ º²µ± ¶∏µ©¤¦¨ ²©¦¨ ° ±¨·¨§·∏±ª¶·¨± ¦¤µ¥¬§¨¶
2 .2 刀片磨损
刀片磨损大小用刀片刃口磨损带宽度 Ξ来度量 o见图 xk§l ∀各刀片磨损带宽度随磨擦长度的变化
趋势如图 x所示 ∀无论在何种试验条件下 o刀片的初始磨损速度都很快 ~达到一定的磨擦长度后 o刀片
磨损缓慢递增 ∀金刚石涂层 !刀具材料和试验环境对刀片磨损都有一定的作用 ∀正交试验表 u的直观
分析可说明各个因素对刀片磨损的影响 o见图 y ∀在刀具材料的 v个水平 o• t{≤µw∂ 的效应最大 o即磨
损最厉害 o而 ≠Štx和 ≠Š{效应较小 o并且彼此差异很小 ∀在 w{1z ®°磨损长度时 o ≠Š{的效应略大于
wst 林 业 科 学 vz卷
≠Štx o按理 ≠Š{的耐磨性好于 ≠Štx o这或许与金刚石涂层有关 ∀刚开始磨损时 o金刚石薄膜起着防止
刀片磨损的作用 o基体材料的作用就不显得那么重要 o待刀片磨损到一定阶段时 o金刚石薄膜被损耗 o露
出了基体材料 o基体材料的抗磨性就表露出来了 ∀所以 o在 vvt1t ®°磨损长度时 o≠Štx的效应稍大于
≠Š{ ∀
) τ ) ‹≥≥ p ‹ ) ρ ) ‹≥≥ p ÷ ) ϖ ) ‹≥≥Π×
k¤l • t{≤µw∂
) ρ ) ≠Štx p ÷ ) τ ) ≠Štx p ‹Π× ) ϖ ) ׊tx
k¥l≠Štx
) τ ) ≠Š{ p ‹ ) ρ ) ≠Š{ p ÷Π× ) ϖ ) ≠Š{
k¦l≠Š{ k§l磨损带 • ¤¨µ
图 x 刀片磨损量与磨擦长度的关系
ƒ¬ªqx ׫¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨ ±¨·²²¯ º¨ ¤µ¤±§¤¥µ¤§¬±ª¯¨ ±ª·«
÷屑末深液 ≤«¬³¶²¯∏·¬²±o ‹混合溶液 ¬¬¨ §¶²¯∏·¬²±o×金刚石涂层 ⁄¬¤°²±§2¦²¤·¨§o‹≥≥ • t{≤µw∂ ‹¬ª«¶³¨ §¨¶·¨¨ ¯
图 y 各因素和刀片磨损带宽度的关系
ƒ¬ªqy ײ²¯ º ¤¨µ¦«¤±ª¨§º¬·«·²²¯ °¤·¨µ¬¤¯¶o ¬¨³¨µ¬° ±¨·¤¯ ¶∏µµ²∏±§¬±ª¶¤±§§¬¤°²±§ ° °¨¥µ¤±¨
‹≥≥ ) • t{≤µw∂ o ÷ ) 屑末溶液 o‹ ) 混合溶液 o‘) 干磨 o× ) 金刚石涂层 o‘× ) 不涂
‹≥≥ ) • t{≤µw∂ o÷ ) ≤«¬³¶²¯∏·¬²±o ‹ ) ¬¬¨ §¶²¯∏·¬²±o‘× ) ‘²¶²¯∏·¬²±o× ) ⁄¬¤°²±§2¦²¤·¨§
试验环境的 v个水平都有一定的效应 o其大小顺序是/混合溶液 ψ屑末溶液 ψ干磨0并且混合溶液
与屑末溶液两水平效应相差较小k尤其在 w{1z ®°l o干磨与它们的差异较大 ∀可见混合溶液和屑末溶液
都能促进刀片磨损 o也就是说它们存在诱发刀具磨损的因素 o以致磨损超出干磨状态的 uy h左右 ∀涂
层两水平效应差异十分明显 ∀在 w{1z ®°时 o不涂层刀片的磨损是涂层的 t1wx倍 ~在 vvt1t ®°时 o不涂
层刀片的磨损是涂层的 t1us倍 ∀刀片刃口上的金刚石薄膜剥落和磨耗随着磨擦长度而增大 o导致涂层
xst 第 u期 曹平祥等 }金刚石涂层木工刀片磨损的研究
效果降低 ∀
2 .3 分析与讨论
方差分析见表 v和表 w ∀通过方差分析 o可以在以下几点达成共识 ∀ktl无论在 w{1z ®°还是在
vvt1t ®° o金刚石薄膜都是较为显著的因素 ∀因此 o金刚石涂层自始至终都起到了阻碍刀片磨损的作
用 ∀kul刀具材料是影响刀片磨损的重要因素 o在初始磨损阶段 o由于金刚石薄膜的保护效应 o金刚石涂
层和刀具材料具有类似的显著性 ~在 vvt1t ®°之后 o刀片刃口上的金刚石薄膜已磨耗 o涂层效应明显相
对削弱 o刀具材料成为非常重要的因素 ∀kvl试验环境在初始磨损时 o不显著 o但在 vvt qt®°时 o为显著
因素 ∀混合溶液和屑末溶液诱发了刀片磨损的进展 o可推测腐蚀是一个不可忽视的诱发刀片磨损因素 ∀
表 3 方差分析表(磨擦长度为 48 .7 κ µ )
Ταβ .3 ∆ιφφερενχε οφ ϖαριανχε αναλψσισ ατ τηε αβραδινγ λενγτη οφ 4817 κµ
偏差来源
’µ¬ª¬± ²©§¨√¬¤·¬²±
偏差平方和
≥ ∏´¤µ¬¤±¦¨ ²©§¨√¬¤·¬²±
自由度
∂¤µ¬¤±¦¨
均方差
 ¤¨± ¶´∏¤µ¨ §¨√¬¤·¬²±
Φ检验值
Φ2 ¬¨¤°¬±¤·¬²±
显著性
≤²±¶³¬¨∏²∏¶±¨ ¶¶
刀具材料
ײ²¯ °¤·¨µ¬¤¯¶ tsty u xs{ { qyw
3 Φs qtku ovl € x qwy
涂层
≤²¤·¬±ª w{s t w{s { qty
3 Φs qsxku ovl € | qxx
试验环境
∞¬³¨µ¬° ±¨·¤¯ ¶∏µµ²∏±§¬±ª¶ utv u u|wΠx € x{ q{ Φs qsuxku ovl € ty qsw
误差平方和
∞µµ²µ¶´∏¤µ¬¤±¦¨ {t v
总偏差平方和
≥ ∏´¤µ¬¤±¦¨ ²©·²·¤¯ §¨√¬¤·¬²± tz|s {
表 4 方差分析表(磨擦长度为 331 .1 κ µ )
Ταβ .4 ∆ιφφερενχε οφ ϖαριανχε αναλψσισ ατ τηε αβραδινγ λενγτη οφ 331 .1 κ µ
偏差来源
’µ¬ª¬± ²©§¨√¬¤·¬²±
偏差平方和
≥ ∏´¤µ¬¤±¦¨ ²©§¨√¬¤·¬²±
自由度
∂¤µ¬¤±¦¨
均方差
 ¤¨± ¶´∏¤µ¨ §¨√¬¤·¬²±
Φ检验值
Φ2 ¬¨¤°¬±¤·¬²±
显著性
≤²±¶³¬¨∏²∏¶±¨ ¶¶
刀具材料
ײ²¯ °¤·¨µ¬¤¯¶ xuu{ u uytw tsw qxy
333 Φs qssxku ovl € w| q{s
试验环境
∞¬³¨µ¬° ±¨·¤¯ ¶∏µµ²∏±§¬±ª¶ xuw u uyu ts qw{
3 Φs qsxku ovl € | qxx
涂层
≤²¤·¬±ª wus t uts { qw
3 Φs qtku ovl € x qwy
误差平方和
∞µµ²µ¶´∏¤µ¬¤±¦¨ zw v ux
总偏差平方和
≥ ∏´¤µ¬¤±¦¨ ²©·²·¤¯ §¨√¬¤·¬²± yuwy {
根据刀片磨损形貌 o推测金刚石薄膜磨耗是塑性变形引起的 ∀薄膜在接触应力的反复作用下 o发
生塑性变形 ∀当变形积累到一定程度时 o在薄膜与基体界面或原始内部缺陷处产生裂纹 o再在摩擦接
触应力作用下 o裂纹进一步扩展导致磨屑的形成 o造成金刚石薄膜的磨耗 ∀若裂纹沿着粘结强度低的
界面延伸 o则会导致薄膜的块状剥离 ∀因此 o金刚石薄膜磨耗是/磨损变形 ) 裂纹 ) 磨屑形成0的磨损
机制 ∀
本研究发现醋酸 !盐酸混合溶液和屑末溶液能腐蚀未涂层刀片 ∀据资料介绍 o刨花板燃烧时 o会产
生氯 ∀刨花板或中密度纤维板含有固化剂k氯化胺l是氯的主要来源 ∀铁是高速钢的基本成份 ~碳化物
是硬质合金的基本成份 o钴是不可缺少的粘结剂 ∀铁元素与氯气在 uxs ε 以上就可发生反应 o生成
ƒ ≤¨¯ v o其熔点和沸点分别为 vsv ε 和 vt| ε ∀钴元素也有类似的性质 ∀因此 o高速钢和硬质合金刀片在
磨擦刨花板时 o刀片材料中的铁或钴元素会与氯气发生化学反应 o生成易挥发的氯化物 ∀此外 o木材内
的有机弱酸和多元酚化合物也能腐蚀刀片 ∀氢离子从铁和钴元素夺得电子 o形成亚离子和氢气 ∀亚离
子在空气中进一步氧化 o并和多元酚化合物螯合反应 o生成疏松的螯合物 ∀
yst 林 业 科 学 vz卷
在高速钢刀片磨损表面上 o都有明显的塑性变形和犁作用特点 o能看到由磨料显微切削作用形成的
轮廓较清晰的沟槽 ~也能见到金属因磨料的犁作用 o塑性挤压到磨沟两侧形成的隆起 ∀可见显微切削 !
犁作效应要比化学腐蚀快 ∀因此 o磨料磨损是高速钢刀片的主要磨损机理 ∀但一旦铁被腐蚀 o在磨料磨
损作用下 o腐蚀产物很快被磨耗 o加快了刀片磨损 ∀因此 o对高速钢而言磨料磨损为主 o腐蚀磨损为辅 ∀
但对于硬质合金刀片就截然不同 o其磨损表面也没有象高速钢那样存在明显的磨沟 o磨料磨损不是主
要磨损机理 ∀从刀片磨损形貌来看 o粘结剂k钴元素l丧失是硬质合金刀片磨损的根本原因 o一旦残余粘
结力不足以抵抗磨擦所产生的剪切力 o碳化钨颗粒就回因疲劳而脱落 ∀因此 o腐蚀磨损是硬质合金刀片
的主要磨损机理 ∀
v 结论
金刚石涂层提高了刀片耐磨性 us ∗ wx h o起到了阻碍刀片磨损的作用 ∀
高速钢刀片上的金刚石薄膜没有出现剥离 ~硬质合金刀片上的金刚石薄膜均有不同程度的剥落 ∀
屑末溶液和醋酸 !盐酸混合溶液不腐蚀金刚石薄膜 o但腐蚀基体材料 o其造成的磨损量超出干磨状
态的 uy h左右 ∀
金刚石薄膜磨耗机理是/磨损变形 ) 裂纹 ) 磨屑形成0 ∀高速钢刀片以磨料磨损为主 o腐蚀磨损为
辅 ∀腐蚀磨损是硬质合金刀片的主要磨损机理 ∀
参 考 文 献
曹平祥 q木工刀具腐蚀磨损 q木工机床 ot||s okul
曹平祥 q木工刀具磨损变钝的初步研究 q木工机床 ot||t okul
曹平祥 o华毓坤 o周之江 q金刚石涂层木工刀具的研究 q南京林业大学学报 ot||zkvl }uv ∗ u{
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