[發明專利]小孔徑金剛石涂層拉絲模具制備方法

無效

• 申請號: 200810044524.5
• 申請日: 2008-04-02
• 公開（公告）號: CN101280423A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 梅軍;胡東平;李建國;豐杰;劉偉;李波濤;季錫林;李軍;何建國;姜蜀寧
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所;四川中物超硬材料有限公司
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/52;B21C3/02
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心
• 代理人: 翟長明;何勇盛

技術領域

本發明屬于通過氣態化合物分解且表面材料的反應產物以沉積金屬材料以外之無機材料為特征的化學鍍覆技術領域。具體涉及熱絲化學氣相沉積(簡稱HFCVD)小孔徑金剛石涂層拉絲模具制備方法。

背景技術

目前線材和管材行業所用的模具主要是硬質合金模具和金剛石(天然、聚晶)模具，硬質合金模具由于成本相對低廉，使用最為廣泛，但硬質合金模壽命短，易粘料，生產效率低，尺寸公差不能長期保持穩定。天然金剛石模具硬度高、耐磨性好，但天然金剛石的脆性較大，較難加工，價格昂貴，且尺寸較小，多應用于小孔徑的成品絲材制作中。聚晶金剛石模雖然耐磨損能力強，但韌性差，對于較高強度以及大尺寸的線材、管材，易使聚晶金剛石模爆裂，且制作困難，模具成本相對較高。隨著線材、管材行業加工技術的進步，各種具有耐磨性好、高比強度等性能的新型線材、管材不斷涌現，這些材料在拉制時，模具使用壽命短。另外，線材、管材加工正向著高精密、高速、低耗、高生產率拉制的方向發展，是獲得高精度、高質量產品的技術保證，故對模具的使用壽命、成品質量提出了更高更新的要求，而上述兩類產品不能滿足進一步的需求。因此，開發各種耐磨性能優良、長壽命的超硬拉絲模具是必然趨勢，對推動線材、管材加工制造業的快速發展具有十分重要的意義。

金剛石具有極高硬度和化學穩定性，其耐磨性是硬質合金的100倍～250倍，具有耐強酸強堿的能力，但韌性很差。若以韌性較好的硬質合金拉絲模具為基體，涂敷一層耐磨性高、化學惰性好的金剛石薄膜，則金剛石涂層模具兼具硬質合金的較高強度和金剛石超耐磨的特點，將是一種理想的提高拉絲模具性能的手段。

半成品或成品線材拉制的模具常用的出口模孔徑范圍大多集中Φ1.5mm至Φ2.5mm，用量大，是控制線材質量的關鍵模具；同時在拉絲過程中，經過前幾道次的塑性變形，后幾道次的拉拔應力更大，拉絲模具更容易破壞，特別對最后一只出口模使用性能要求更高。另外拉絲模具的幾何結構特點是變半徑的內孔表面作為工作面，在其工作面上制作金剛石涂層本身比較困難，對于小孔徑金剛石涂層拉絲模尤其如此。因此如何有效地實現金剛石涂層技術在小孔徑拉絲模具方面的應用非常必要。

發明創造名稱為《金剛石涂層拉絲模》的專利文獻(公開號為CN1211635A)公開了一種金剛石涂層拉絲模的制備方法。專利文獻采用HFCVD方法可以實現在拉絲模具的內孔表面進行金剛石涂層，采用水平直拉熱絲穿過模孔并置于孔的軸心，熱絲用耐高溫彈簧拉直，反應氣體氣流與熱絲方向一致，在模孔內表面可以制備一層金剛石薄膜。由于熱絲在高溫下容易產生伸長，在高溫區間會造成彎曲變形，盡管有高溫彈簧的作用，在一定程度上可以糾正這種變形，但是反應室中高溫和反應產物的復雜性造成各種接觸摩擦比較復雜，最終使得高溫彈簧的力度很難控制，拉力過大則會使熱絲拉斷，而拉力不足則會使熱絲產生少許彎曲變形，這對于大孔徑(孔徑Φ＞2.5mm)的拉絲模具涂層是可以接受的，涂層均勻性影響較小，而對小孔徑(1.5mm＜孔徑Φ＜2.5mm)拉絲模具進行金剛石涂層時，稍微偏離模具的軸線，就會對整個涂層的質量和均勻性造成很大的影響。其次，小孔徑模具涂層采用的直拉熱絲直徑更細，更容易發生熱絲拉斷或者熱絲碰上模具的內孔表面，而導致涂層失敗。另外，模具是固定在支撐臺上，模具內孔表面各區域距離熱絲的距離不一致，同時又是支撐臺一方的單向冷卻，造成了模具內孔表面溫度分布不均勻，最終導致金剛石涂層不均勻。熱絲的布置和模具的冷卻兩方面限制了其在小孔徑金剛石涂層拉絲模上的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種小孔徑金剛石涂層拉絲模具制備方法，采用本發明能夠使小孔徑拉絲模內孔表面金剛石涂層均勻，涂層與基體結合力強，涂層后的孔型圓整度較好。

本發明的一種小孔徑金剛石涂層拉絲模具制備方法，包括以低鈷硬質合金拉絲模為基體，經酸處理去鈷，金剛石微粉預置形核處理并在拉絲模內孔表面沉積一層金剛石薄膜；還包括

采用具有自動對中、均勻冷卻的環向夾具固定模具，垂直方向裝配直拉熱絲，熱絲穿過模具模孔后用錐形重物懸掛拉直，錐形重物還作為熱絲自由下垂端的電極，錐形重物下用耐高溫彈簧緩沖重力，然后用熱絲化學氣相沉積法在拉絲模內孔表面制備金剛石涂層；

形核階段的反應壓力為3.0～5.0kPa，反應氣體為CH₄和H₂混合氣，總流量300～500ml/min，CH₄的體積份數為2～4％，熱絲溫度2000～2300℃，時間30～60min；