Những khác biệt giữa PCD và CVD, ứng dụng thực tế trong gia công cơ khí

Đăng bởi: Tinh HàDanh mục: Tin kỹ thuật

Trong bài viết này, hãy cùng Tinh Hà tìm hiểu những sự khác nhau giữa kim cương PCD và kim cương CVD, cũng như làm rõ hơn các ứng dụng của chúng trong các hoạt động gia công cơ khí, lựa chọn khi nào thì hợp lý. Chủ yếu có hai loại dụng cụ cắt kim cương cho vật liệu tổng hợp là PCD, trong đó lưỡi cắt được tạo thành từ một khối PCD có kích thước và hình dạng cụ thể và CVD, trong đó cạnh của công cụ đã được mài sắc và sau đó phủ kim cương CVD

PCD (Poly – Crystalline – Diamond), không giống như kim cương đơn tinh thể, được sản xuất tổng hợp bằng cách thiêu kết nhiều hạt kim cương (poly) với nhau, thường có kích thước từ 2 đến 30 micromet, với chất kết dính kim loại (thường là Coban) ở nhiệt độ và áp suất cao. Tỷ lệ 90-95% là hạt kim cương và phần còn lại là Coban. Xem thêm bài viết PCD là gì? Ứng dụng của các dụng cụ cắt PCD trong cơ khí chính xác.

CVD (Chemical Vapor Deposition) là một quá trình phủ các hạt kim cương nano trên nền Tungsten carbide với độ dày lớp phủ từ 6 đến 16 micromet. Chất nền tungsten carbide phải chứa hàm lượng coban thấp, chẳng hạn như 6% và phải trải qua xử lý bề mặt. Việc xử lý làm giảm hàm lượng coban ở lớp ngoài, để lộ các cạnh kim cương, nhằm tạo đủ độ bám dính giữa lớp phủ kim cương và chất nền.

Bảng so sánh giữa PCD và CVD:

PCDCVD
Độ cứngPCD có 90-95% bột kim cương, còn lại là chất kết dính coban, do đó độ cứng thấp hơn CVD. Độ cứng PCD khoảng 6000 Vickers.CVD là kim cương nguyên chất 99%, do đó độ cứng rất cao, khoảng 8500 Vickers.
Mài mònPCD có chứa coban nên cạnh có nhiều khả năng bị mòn nhanh hơn, nhưng điều đó xảy ra cho đến khi đạt đến một bán kính cạnh nhất định và không đổi trong thời gian dài hơn.VCD là lớp phủ kim cương nguyên chất nên khả năng chống mài mòn cao hơn, do đó bán kính cạnh được giữ sắc nét trong thời gian dài hơn. Tuy nhiên, khi lớp phủ bị mòn đi, vì vật liệu nền là tungsten carbide nên sự mài mòn lúc này diễn ra nhanh hơn.
Độ bềnChất kết dính kim loại trong vật liệu PCD làm tăng thêm độ bền so với kim cương CVD. Do đó, nó có khả năng chống sứt mẻ tốt hơn trong nguyên công phay và trong điều kiện gia công không ổn định.Lớp kim cương gần như nguyên chất có độ đàn hồi và độ bền thấp hơn, do đó sẽ dễ bị gãy và tách lớp hơn PCD.
Thiết kếCông cụ PCD ở dạng gắn mảnh bị giới hạn về hình học đối với các mảnh PCD. Tuy nhiên, khi sử dụng công cụ PCD nguyên mũi cắt (như các mũi khoan) thì PCD có đa dạng thiết kế hơn.Vì các công cụ CVD được định hình trong quá trình mài, nên giông có giới hạn về thiết kế hình học.

Phần tiếp theo sẽ là những ứng dụng khác nhau trong gia công cắt gọt kim loại liên quan đến hai dụng cụ kim cương này.

PCD hoặc CVD trong hoạt động phay:

Các hoạt động phay liên quan đến việc cắt vật liệu bị gián đoạn, trong đó mỗi lưỡi cắt của dao phay tiếp xúc với vật liệu phôi và thoát ra trong một vòng quay của dao. Mỗi khi lưỡi cắt đi vào vật liệu, va đập có thể làm hỏng lưỡi cắt của dao. 

Các dụng cụ PCD có khả năng chịu va đập tốt hơn trong hoạt động gia công phay. Với các dụng cụ CVD, lớp phủ CVD cuối cùng bị phân tách và chỉ còn lại vật liệu nền tungsten carbide. Dụng cụ PCD, ngay cả khi một số vết nứt xảy ra, khối PCD vẫn rắn và do đó vẫn giữ nguyên các đặc tính. Tuy nhiên, giới hạn hình học của PCD có thể sẽ ảnh hưởng đến một số yêu cầu trong gia công, chẳng hạn như khi cần chiều dài rãnh đặc biệt dài hoặc khi yêu cầu hình dạng dao cụ thể, thì dụng cụ cắt CVD có lợi thế hơn.

PCD hoặc CVD trong hoạt động khoan:

Trong hoạt động khoan, khác với phay, lưỡi cắt tiếp xúc thường xuyên với vật liệu, do đó lưỡi cắt ít có khả năng bị mẻ hoặc gãy. Cùng với độ cứng và độ sắc bén thì mũi khoan kim cương CVD hoạt động tốt hơn trong việc giảm thiểu ba via ở lỗ thoát. Đây là một mối quan tâm lớn trong việc khoan vật liệu tổng hợp trong các bộ phận thiết kế kỹ thuật cao, chẳng hạn như hàng không vũ trụ. 

Tuy nhiên, khi đường kính lỗ cần độ chính xác cao hơn thì mũi khoan PCD sẽ là lựa chọn tốt hơn. Lý do là bởi vì sau quá trình gia công, lớp phủ CVD bị mòn dần, sự mài mòn cạnh cắt tăng nhanh, khiến ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước lỗ khoan. Còn với PCD, như đã nói, thời gian mài mòn cạnh cắt sẽ lâu hơn, do đó ít ảnh hưởng đến kích thước lỗ hơn.

Một ưu điểm khác của mũi khoan kim cương CVD là tính linh hoạt trong thiết kế, cho phép nó phù hợp với nhiều ứng dụng khoan lỗ hơn là PCD.

Tóm lại, mỗi loại dụng cụ cắt PCD và CVD đều có những ưu nhược điểm riêng, và để lựa chọn chúng cho phù hợp với ứng dụng gia công thực tế cần đòi hỏi phải xem xét nhiều hơn. Công ty Tinh Hà chúng tôi là đại lý dụng cụ cắt gọt kim loại của Sumitomo Nhật Bản. Nếu các bạn đang có nhu cầu về dụng cụ cắt gọt CNC, vui lòng liên hệ với chúng tôi để được tư vấn, hỗ trợ.