1、精品文檔精品文檔精品文檔PDC電火花線切割與激光切割表面形貌比較圖1為聚晶金剛石復合片的激光切割表面形貌。從該圖中可以看出試件表面存在明顯的波形條紋。這是一種在激光切割中碳鋼、鈦合金等塑性金屬材料時常出現的現象，對于這一現象的形成機理仍是一個有待深入研究的問題。普遍認為激光切割過程中測面材料的熔化是形成波形條紋的前提，而測面材料的熔化深度與單脈沖能量以及脈沖寬度有直接聯系。由于lOOus的YAG激光脈寬大，導致測面熔化層深度大， 熔化材料在輔助氣體吹力與材料表面張 力作用下達到一種動態平衡而凝結在切割表面并形成殘留層。在激光高能束作用下，由于材料沿切深方向存在一定的熔化時間差，從而使得激光照射

2、區沿切深方向存在一定角度的坡 口，在輔助氣體吹力作用下，導致熔化材料在切割表面形成了波紋狀殘留層。線切割PDC激光切割形貌圖2為PDC的金剛石層電火花 線切割表面形貌，表面粗糙度 Ra為1. 6/ zm左右。由 于所采用的PDC其金剛石平均粒徑為 25um,從圖2可以看到金剛石顆粒有明顯的碎化現象， 并且存在許多小凹坑，這是金剛石顆粒間隙的金屬鈷過量去除留下的痕跡。圖3為硬質合金層電火花線切割表面形貌，表面粗糙度Ra為3. 2/zm左右。PDC硬質合金層 WC的平均粒徑小于2um,從圖3可以看到表面存在大量大顆粒 WC,這主要是因為金屬鈷熔點低，金 屬鈷單脈沖去除體積相對 WC與金剛石要大得多

3、，從而造成硬質合金層金屬鈷過量去除。 在脈沖放電爆炸力作用下，小粒徑WC從硬質合金表面脫落，從而導致電火花線切割后硬質合金層表面存在大量大顆粒WC。PDC金剛石層電火花線切割表面形貌圖3 PDC硬質合金層電火花線切割表面形貌從表面形貌對比分析，采用lOOus的YAG激光進行PDC切割殘留層厚度大，表面質量差，而采用電火花線切割進行加工則表面質量相對較好。試件拋光對比分析經激光切割的試件表面殘留層與基體材料結合比較松散，利用細砂紙輕微打磨即可將殘留層去除。圖4為經細砂紙打磨后的試件表面形貌，從圖4可以看到在金剛石層與硬質合金層之間存在明顯的連續裂紋。圖5為利用W2 . 5的金剛石微粉對激光切割試

4、件拋光4h后的表面形貌。盡管殘留層已完整去除，但界面處的連續裂紋依然存在。圖6為利用W2 . 5的金剛石微粉對電火花 線切割試件拋光4h后的表面形貌，界面處沒有裂紋存在，但從測面形 貌可以發現，PDC電火花線切割試件在界面處存在明顯的材料過量去除現象，從而在界面 處留下明顯的凹槽。這主要是PDC在制備過程中在硬質合金與金剛石層界面存在富鈷界面層，火花放電時金屬鈷過量去除而導致界面處存在凹槽。經拋光后的電火花線切割試件界面試件拉曼光譜對比分析在空氣中加熱金剛石到700800C，金剛石就會出現氧化失重，并且表面碳原子層會發生相變，轉變成非晶態碳或玻璃態碳；當加熱到1600 C時，金剛石表層的非晶態

5、碳與玻璃態碳才轉變成晶態石墨。圖7為切割前PDC金剛石層拉曼光譜，從拉曼光譜圖中可以看到明顯的金剛石峰和微 弱的石墨峰，說明PDC金剛石層有微量的石墨存在。圖8為PDC激光切割表面的拉曼光譜，拉曼光譜存在很強的石墨峰，這說明在激光高能輻射作用下表層金剛石發生相變后大部分轉 變成了晶態石墨，從而在拉曼光譜圖中看到了明顯的石墨峰。圖9為電火花 線切割表面的拉曼光譜，圖9中顯示金剛石峰與石墨峰均較弱，說明金剛石在火花放電脈沖能量作用下發生相變后轉變成了非晶態碳，只有極少的碳轉變成了晶態石墨。因此，電火花線切割試件的拉曼光譜石墨較弱片。從圖10可以明顯地看出殘留層與石墨變質層（由白色虛線分割），其中里

6、層的石墨變質層材質比較緊密，與金剛石層結合牢固，厚度為2030/ Lm左右；殘留沉積層結構松散，呈層狀結構，厚度在3050um之間，與石墨變質層結合力很小，通過細砂紙打磨即可去除。石墨變質層與殘留沉積層厚度總共可達5080um。精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔* W1000 12001400 16001800 2000拉曼譜r/cm"<金剛石峰切割前PDC金剛石層拉曼光譜拉曼譜r/cm18 PDC金剛石層激光切割表面拉曼光譜精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔T金剛石峰1000 12001400 1600 1800 2000精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔圖9 PDC金剛石層電火花線切割表面拉曼光譜精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔10經拋光的激光切割試件截面精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔經拋光的電火花線切割試件截面精品文檔精品文檔圖11為經拋光后的電火花 線切割試件金剛石層的 SEM照片。從圖11可以看到平均厚 度在10/um以內的變質層，并且變質層與基體材料之間存在明顯的裂紋。