[發明專利]具有多種涂層的拉絲模具及其制備方法

在審

• 申請號: 201710254259.2
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN108728816A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 唐永炳;張松全;王陶
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發明提供了一種具有多種涂層的拉絲模具，包括拉絲模具基體，以及依次設置于所述拉絲模具基體上的碳化硅層、碳化硅?金剛石梯度復合涂層、金剛石涂層和類金剛石涂層，所述碳化硅?金剛石梯度復合涂層中，沿厚度方向由所述碳化硅層向所述金剛石涂層，碳化硅含量逐漸減少而金剛石含量逐漸增加。碳化硅層和碳化硅?金剛石梯度復合涂層能有效弱化基體與金剛石涂層之間的熱膨脹差異，提高金剛石涂層的結合強度，金剛石涂層上的類金剛石層可以降低金剛石涂層的粗糙度，避免金剛石晶粒尖銳的棱角造成加工過程產生應力集中。拉絲模具上這樣的多層結構，可以有效提高拉絲模具的使用壽命。本發明還提供了該具有多種涂層的拉絲模具的制備方法。

技術領域

本發明涉及金剛石涂層制備技術領域，特別是涉及一種具有多種涂層的拉絲模具及其制備方法。

背景技術

拉絲模具由于其易粘料、工作部位易磨損、尺寸公差無法長期保持穩定、使用壽命短、生產效率低而逐漸無法滿足市場需求。解決以上問題最好的方法是在拉絲模表面沉積一層高硬度、高耐磨性的保護涂層。金剛石涂層由于其高硬度、良好的耐磨性、抗沖擊性、化學穩定性等性能，是拉絲模具表面保護涂層的最佳選擇。目前，通常采用熱絲氣相沉積法(HFCVD)在拉絲模表面沉積一定厚度的微米/納米金剛石涂層作為表面保護層，從而延長模具的使用壽命。

由于金剛石涂層與拉絲模基體的熱膨脹系數不同，導致HFCVD所沉積的金剛石涂層與基體間的結合強度較差，在較高的沖擊力下容易發生剝落現象。此外，得到的金剛石涂層表面較為粗糙，使得拉絲模具在對線材或者管材進行拉拔時，得到表面粗糙度較高的產品，因此，一般需要對金剛石涂層進行拋光處理，例如磁性研磨拋光、激光拋光、熱化學拋光、離子束拋光等。以上拋光技術不僅工藝繁瑣，操作難度大，而且拋光過程中所施加的力會造成極大的殘余應力，對涂層的使用壽命造成一定的損傷。

發明內容

鑒于此，本發明第一方面提供了一種具有多種涂層的拉絲模具，其通過在拉絲模具基體上依次沉積碳化硅層、碳化硅-金剛石梯度復合涂層、金剛石涂層和類金剛石涂層，用以解決現有金剛石涂層與拉絲模具基體粘附性不足，及金剛石涂層粗糙度較大的問題，從而提高拉絲模具的使用壽命及加工質量，減少拋光工藝。

具體地，第一方面，本發明提供了一種具有多種涂層的拉絲模具，包括拉絲模具基體，以及依次設置于所述拉絲模具基體上的碳化硅層、碳化硅-金剛石梯度復合涂層、金剛石涂層和類金剛石涂層，所述碳化硅-金剛石梯度復合涂層中，沿厚度方向由所述碳化硅層向所述金剛石涂層，碳化硅含量逐漸減少而金剛石含量逐漸增加。

碳化硅層的存在能夠阻礙基體中的鈷向金剛石涂層擴散，并與鈷形成少量的鈷化硅化合物，消除鈷催化生成石墨的作用。

碳化硅-金剛石梯度復合涂層中，成分、硬度和熱膨脹系數均呈梯度分布，無新界面的產生和成分突變的界面，因此可將薄膜熱應力降至趨于零，提高金剛石涂層的膜基結合強度；且其中的碳化硅可以增強涂層的韌性。而碳化硅-金剛石梯度復合涂層也能進一步阻擋金屬鈷擴散。

在金剛石涂層上沉積的一層類金剛石涂層，類金剛石涂層由于其極低的摩擦系數與優異的耐磨性可以作為潤滑層，極大地降低金剛石涂層表面的粗糙度以及降低了金剛石涂層中的晶粒棱角在工作時的應力集中，減少了后續對金剛石涂層的拋光工藝，避免了拋光過程中施加的力會造成極大的殘余應力，延長了涂層的有效使用期限，提高拉絲模具的使用壽命以及加工質量。

本發明中，所述類金剛石涂層的厚度為2-6微米。進一步優選為4-6微米。

本發明中，所述碳化硅層的厚度為0.5-2微米，優選為0.8-2微米。所述碳化硅層中的碳化硅晶粒大小為納米級別(即100納米以內)，具體可以是30-80納米。適合的厚度能保證碳化硅層能很好地附著在基體表面，以及為后續沉積碳化硅-金剛石梯度復合涂層和金剛石涂層提供良好基礎，且能有效阻礙基體中的鈷向金剛石涂層擴散。