Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về những khác biệt giữa kim cương Poly-Crystalline Diamond (PCD) và kim cương Chemical Vapor Deposition (CVD), cũng như các ứng dụng thực tế của chúng trong gia công cơ khí và cách lựa chọn phù hợp. Có hai loại dụng cụ cắt kim cương chủ yếu được sử dụng trong gia công cơ khí. PCD được tạo thành thành từ khối PCD có kích thước và hình dạng cụ thể. CVD thì dùng lớp phủ kim cương lên cạnh công cụ sau khi đã được mài mòn.
PCD (Poly-Crystalline Diamond) là kim cương tổng hợp, không giống kim cương đơn tinh thể, được sản xuất bằng cách thiêu kết nhiều hạt kim cương (poly) lại với nhau. Kích thước của PCD thường từ 2 đến 30 micromet, với chất kết dính kim loại (thường là Coban) và áp suất và nhiệt độ cao. Tỷ lệ hạt kim cương là khoảng 90-95% và thành phần còn lại là Coban. Bạn có thể tham khảo bài viết “PCD là gì? Ứng dụng của các dụng cụ cắt PCD trong cơ khí chính xác” để biết thêm chi tiết về PCD.
CVD (Chemical Vapor Deposition) là quá trình phủ lớp phủ nano kim cương lên nền Tungsten carbide với độ dày từ 6 đến 16 micromet. Nền Tungsten carbide phải có hàm lượng Coban thấp như 6% và phải được xử lý bề mặt để giảm Coban ở lớp bên ngoài, từ đó để lộ các cạnh kim cương và tạo độ bám dính giữa lớp phủ kim cương và nền.
Bảng so sánh giữa PCD và CVD:
Độ cứng: PCD có chứa khoảng 90-95% bột kim cương và còn lại là Coban, do đó độ cứng thấp hơn CVD. Độ cứng của PCD khoảng 6000 Vickers. CVD là kim cương nguyên chất 99%, do đó có độ cứng rất cao, khoảng 8500 Vickers.
Mài mòn: PCD có chứa Coban nên cạnh cắt có khả năng bị mài mòn nhanh hơn. Tuy nhiên, sau khi đạt đến một bán kính cạnh nhất định, cạnh sẽ không đổi trong thời gian lâu hơn. Với CVD, lớp phủ kim cương nguyên chất giúp cạnh cắt giữ độ sắc nét trong thời gian dài. Tuy nhiên, khi lớp phủ bị mài mòn, sự mài mòn diễn ra nhanh hơn do vật liệu nền là tungsten carbide.
Độ bền: Chất kết dính kim loại trong vật liệu PCD làm tăng độ bền so với kim cương CVD, do đó PCD có khả năng chống sứt mẻ tốt hơn trong công việc phay và trong điều kiện gia công không ổn định. Lớp kim cương trong CVD gần như nguyên chất và có độ đàn hồi và độ bền thấp hơn, do đó dễ gãy hơn và tách lớp hơn so với PCD.
Thiết kế: Công cụ PCD dạng gắn mảnh có hạn chế về hình học so với dụng cụ PCD nguyên mũi cắt (như mũi khoan). Công cụ CVD được định hình trong quá trình mài, do đó có giới hạn về thiết kế hình học.
Ở phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về các ứng dụng khác nhau của PCD và CVD trong gia công cắt gọt kim loại.
PCD hoặc CVD trong hoạt động phay:
Trong hoạt động phay, lưỡi cắt của dao phay tiếp xúc với vật liệu phôi và thoát ra trong quá trình quay. Mỗi khi lưỡi cắt va đập vào vật liệu, có thể làm hỏng lưỡi cắt.
Dụng cụ PCD có khả năng chịu va đập tốt hơn trong hoạt động gia công phay. Với dụng cụ CVD, lớp phủ CVD cuối cùng sẽ bị tách ra chỉ còn lại tungsten carbide. Dụng cụ PCD, ngay cả khi có một số vết nứt, khối PCD vẫn rắn chắc và duy trì các đặc tính. Tuy nhiên, hình dạng hạn chế của PCD có thể ảnh hưởng đến một số yêu cầu trong gia công, như khi cần chiều dài rãnh đặc biệt hoặc hình dạng cụ thể, dụng cụ cắt CVD sẽ có lợi thế hơn.
PCD hoặc CVD trong hoạt động khoan:
Trong hoạt động khoan, lưỡi cắt tiếp xúc liên tục với vật liệu, do đó ít bị mẻ hoặc gãy. Mũi khoan kim cương CVD hoạt động tốt hơn trong việc giảm thiểu ba via ở lỗ thoát nhờ độ cứng và độ sắc bén. Điều này rất quan trọng khi khoan vật liệu tổng hợp trong các bộ phận thiết kế kỹ thuật cao như trong hàng không vũ trụ.
Tuy nhiên, khi đường kính lỗ cần độ chính xác cao hơn, mũi khoan PCD sẽ là sự lựa chọn tốt hơn. Dùng PCD, sau quá trình gia công, lớp phủ CVD sẽ bị mài mòn, cạnh cắt bị mòn nhanh hơn và ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước lỗ khoan. Trong khi đó, với PCD, thời gian mài mòn cạnh cắt sẽ lâu hơn, ít ảnh hưởng đến kích thước lỗ hơn.
Một ưu điểm khác của mũi khoan kim cương CVD là khả năng đa dạng trong thiết kế, phù hợp với nhiều ứng dụng khoan lỗ hơn PCD.
Tổng kết, mỗi loại dụng cụ cắt PCD và CVD đều có ưu nhược điểm riêng. Để lựa chọn dụng cụ phù hợp với ứng dụng gia công thực tế, cần xem xét kỹ hơn. Công ty chúng tôi là đại lý dụng cụ cắt gọt kim loại của Sumitomo Nhật Bản. Nếu bạn có nhu cầu về dụng cụ cắt gọt CNC, hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và hỗ trợ.