本发明属于机械加工与切削，具体涉及一种利用金刚石涂层刀具对纯铁进行精密切削加工的方法。
背景技术：
1、纯铁（含碳量0.02%以下）因其具备高磁导率和低矫顽力，在多个工业领域中具有重要价值。依赖于其卓越的磁性能，纯铁主要被应用于电磁器件中，如变压器铁芯和继电器。此外，纯铁作为一种标准材料，在物理学和材料科学的实验研究中发挥着校准和基准作用，同时也被用作合金添加剂来改变其他金属的性能，比如在低合金钢和不锈钢的制造中，以改善其物理特性。
2、在这些应用中，材料的表面质量和加工精度对最终产品性能有着显著影响。超精密切削加工是一种高精度的机械加工技术，要求加工表面粗糙度在数十纳米的尺度，能够实现亚微米级别的表面光洁度，显著减少传统加工留下的表面缺陷，使得产品更具一致性和可靠性。此外，它允许对复杂几何形状进行精准的控制，满足现代精密制造的需求。此外，相比传统加工方法，超精密切削技术的优点还在于，它对材料施加的热影响非常小，这有助于维持纯铁的原有磁性和其他电学特性。因此，通过超精密切削加工对纯铁部件进行高质量加工，是提升纯铁产品性能、拓展其应用范围，尤其是在现代高科技领域应用的关键所在。
3、常用的纯铁超精密切削加工用刀具以金刚石单晶刀具为主，以保证切削过程中的精度和表面质量。然而，由于材料固有的机械和物理特性，在纯铁超精密切削加工过程中，刀-屑间由于剧烈的摩擦和局部高温会导致切屑在金刚石刀具前刀面粘结，由此引起切削过程不稳定，加工表面质量差。此外，铁作为黑色过渡金属，在切削微区附近高温高压作用下会催化金刚石刀具的石墨化反应，导致金刚石刀具刃口损伤，刀具寿命降低。
4、因此，有必要研发可以改善纯铁材料超精密切削加工中金刚石刀具与切屑间摩擦状态，同时抑制纯铁对于金刚石刀具石墨化反应的金刚石刀具，对于实现纯铁材料超精密切削加工获得高质量表面至关重要。
技术实现思路
1、本发明提供一种利用金刚石涂层刀具对纯铁进行精密切削加工的方法，通过对金刚石刀具表面进行预处理，从而减小金刚石刀具与纯铁切屑间的摩擦作用，提高切削质量和刀具寿命。
2、为实现上述目的，本发明采用了一种利用金刚石涂层刀具对纯铁进行精密切削加工的方法，所述方法为：
3、（1）制备金刚石涂层刀具；
4、单晶金刚石刀具加入全氟聚醚溶液中，50-65℃温度下，水浴加热1-2小时，然后将单晶金刚石刀具在100-400℃温度下加热1-2小时，然后清洗，制得镀覆全氟聚醚涂层的金刚石涂层刀具；
5、（2）采用金刚石涂层刀具，在切削液的润滑作用下，对纯铁进行精密切削加工。
6、所述全氟聚醚涂层的厚度为3~5nm。
7、所述单晶金刚石刀具是在高温高压条件下人工合成得到，可通过市售获得。
8、所述步骤（1）中，全氟聚醚溶液为全氟烷基乙醇溶于三氟三氯乙烷的溶液。
9、进一步，所述全氟聚醚溶液中，全氟烷基乙醇的质量分数为0.5~0.7%，优选0.6~0.65%，更优选0.65%。
10、所述步骤（1）中，水浴加热的温度优选55~60℃。
11、本发明中，水浴温度为50-65℃， 50℃以上，全氟聚醚溶液即发生沸腾，实验证明，如果反应温度低于沸点，全氟聚醚无法与金刚石刀具表面发生化学吸附作用，因此本发明反应优选在全氟聚醚溶液沸点以上进行反应。但如果水浴温度高于65℃，全氟聚醚溶液持续沸腾，溶剂蒸发，溶液浓度发生变化，热镀覆厚度不均匀。
12、优选步骤（1）水浴加热时，采用回流装置，防止全氟聚醚溶液的溶剂蒸发。
13、即水浴加热优选为，水浴加热至回流，进行反应。
14、为了保证沸腾的连续性和充分性，优选水浴加热的温度为55~60℃。
15、水浴加热的时间为1~2小时。若水浴加热时间小于1小时，全氟聚醚与金刚石刀具表面结合强度不足，切削过程中全氟聚醚涂层容易脱落。水浴加热时间大于2小时，全氟聚醚涂层上有多余的未与金刚石表面发生化学吸附反应全氟聚醚残留，使后续的在有机溶液中清洗时间加长。优选加热1小时。
16、水浴加热之后再将所述的金刚石刀具放置在100-400℃温度下加热1-2小时而实现全氟聚醚涂层的镀覆。其中，加热温度低于100℃，会导致全氟聚醚与金刚石刀具表面结合强度不足，切削过程中全氟聚醚涂层容易脱落。加热温度高于400℃，则全氟聚醚涂层会在空气中热分解而失效。
17、进一步地，所述步骤（1）中，清洗优选在有机溶液中超声清洗15分钟以上，更优选清洗15~30分钟。
18、所述有机溶液优选丙酮、乙醚、汽油、乙醇、三氯乙烷和三氯乙烯中的一种或多种，更优选三氯乙烷。若清洗时间低于15分钟，则金刚石刀具表面容易残留未与金刚石表面发生化学吸附反应的全氟聚醚，影响应用效果。
19、在一个优选的实施方式中，所述步骤（1）按以下步骤进行：
20、将单晶金刚石刀具加入质量分数0.65%的全氟聚醚溶液中，55℃温度下，水浴加热回流1小时，然后将单晶金刚石刀具在100℃温度下加热1-2小时，三氯乙烷中清洗15分钟，制得镀覆全氟聚醚涂层的金刚石涂层刀具。
21、所述步骤（2）中，所述切削液优选酯基切削液，以起到改善刀-屑间摩擦状态的目的。
22、切削液的应用方式为本领域技术人员公知的。一般来说，通过高压气将切削液通过喷嘴喷射成雾滴，并导向切削区域。
23、本发明提供通过对金刚石刀具的表面镀覆全氟聚醚涂层，改善了纯铁超精密切削加工过程中金刚石刀具与切屑的摩擦状态。基于金刚石刀具功能化的思路，通过全氟聚醚涂层中羟基基团与金刚石刀具表面悬碳原子之间的共价键合作用，在金刚石刀具表面形成纳米厚度的保护涂层，全氟聚醚涂层表面的单取向氟原子层能够有效降低金刚石刀具表面能，增加酯基切削液在金刚石刀具表面润湿角，有助于切削液在切削区的扩散、保留和置换，由此减小刀-屑间的摩擦作用，促进前刀面切屑流动和排出。与此同时，全氟聚醚涂层还起到隔离纯铁与金刚石刀具接触表面的作用，建立保护屏障，有效减缓刀-屑间化学反应，避免纯铁对金刚石刀具的催化反应，防止金刚石刀具石墨化磨损，减轻金刚石刀具化学损伤，提升刀具寿命。本发明的纯铁切削加工用金刚石涂层刀具对于纯铁超精密切削加工以获得高质量加工表面有重要作用，本发明方法具有极强的实用性和广阔的应用前景。
1.一种利用金刚石涂层刀具对纯铁进行精密切削加工的方法，其特征在于所述方法为：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述全氟聚醚涂层的厚度为3~5nm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（1）中，全氟聚醚溶液为全氟烷基乙醇溶于三氟三氯乙烷的溶液。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述全氟聚醚溶液中，全氟烷基乙醇的质量分数为0.5~0.7%。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述全氟聚醚溶液中，全氟烷基乙醇的质量分数为0.6~0.65%。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（1）中，水浴加热的温度为55~60℃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（1）中，所述清洗是在有机溶液中超声清洗15分钟以上。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述有机溶液为丙酮、乙醚、汽油、乙醇、三氯乙烷和三氯乙烯中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（1）按以下步骤进行：
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤（2）中，所述切削液为酯基切削液。
