具有多层膜结构的金刚石复合涂层拉拔模具制造技术

一种金属加工技术领域的具有多层膜结构的金刚石涂层拉拔模具，包括：陶瓷模体、粗晶粒涂层、细晶粒涂层和纳米晶粒涂层，其中：粗晶粒涂层、细晶粒涂层、纳米晶粒涂层依次沉积在陶瓷拉拔模内孔的表面上，陶瓷模体为拉拔模结构，其中心设有定径孔。本实用新型专利技术制备的涂层模具能大幅度延长传统模具的使用寿命，提高生产效率，显著改善相关产品的质量，有效节约原材料，且对于大幅度减少钨、钴资源的消耗，有效解决硬质合金行业面临资源危机有重要意义。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是一种金属加工
的模具，具体是-'种具有多层 膜结构的金刚石复合涂层拉拔模具。技术背景拉拔模具是线缆产品生产的最关键环节，直接影响相关行业生产效率和产 品质量的提高以及原材料的有效节约，金属拉拔和绞制是金属材料最普遍的加工 工艺，拉丝模、紧压模和其他各种拉拔模具是电力电缆、金属制品、建筑管材等 行业常用的关键模具，应用范围广，巿场容量大，其模具制造本身在工模具领域 占有相当大的比重，然而目前生产上广泛采用的传统硬质合金拉拔模具，模具非 常容易磨损，寿命短，模具损耗大，生产效率低，而且拉制和绞制产品表面质量 差，特别是截面尺寸精度难以保证，造成原材料浪费严重，严重制约了传统产业 的技术进步和行业效益的进一步提高。而且由于钨又是一种战略物资，大量模具 硬质合金材料的消耗，直接导致国家战略物质妈资源的浪费。工程陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、抗氧化、耐腐蚀和良好高温强度等特 点，目前正在许多以往使用硬质合金的领域中得到应用。随着先进陶瓷的抗冲击 强度和断裂韧性大幅度提高，最有希望发展成为硬质合金拉拔模具理想的替代模 具。化学气相沉积金刚石薄膜具有一系列优异性能，它具有十分接近天然金刚石 的硬度、高的弹性模量、极高的热导率、低的摩擦系数、低热膨胀系数和化学稳 定性等优异性能，因而在工模具领域具有广泛的应用前景。对于非氧化物结构陶 瓷，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N》等，是典型强共价键结合的强碳化物形成 材料，有近似于金刚石的四面体结构单元，在上述陶瓷基体上，CVD金刚石成核 密度大，与金刚石涂层有很好的结合性，与硬质合金相比，陶瓷材料热膨胀系数 较小，又无Co的催石墨化影响，因此，在陶瓷基体材料上，容易获得结合强度 比硬质合金显著提高的金刚石涂层，从而有效解决了涂层结合强度这一技术难 题。因此一种创新思想就是结合陶瓷模具和金刚石薄膜的优势，采用化学气相沉积方法，在拉拔模具内孔表面涂覆金刚石薄膜，制备陶瓷基金刚石涂层拉拔懊具, 用以延长传统模具的使用寿命、提高生产效率并改善拉制、绞制产品的质.敏。问 时对铜等原材料的节约和减少钨资源的消耗也意义fi大。CVD金刚石掺入硼元素不仅可以提高薄膜的导电性能，而且少量的硼元素加 入到金刚石中还能够薄膜改善质量和表面形貌，随着硼掺杂浓度的增加，薄膜的 平均晶粒尺寸减小，并且面缺陷密度明显下降，从而提高了金刚石薄膜的质量。 硼元素的加入明显的改变了金刚石的形核速率，合适硼掺杂浓度使金刚石生长速 率显著增加，本专利以丙酮和氢气为原料，以硼酸三甲酯为掺杂源，制备硼掺杂 金刚石薄膜复合涂层，对于增加金刚石生长速率、细化金刚石薄膜晶粒、降低薄 膜内应力、提高薄膜质量具有重要作用。经过对现有技术的检索发现，专利申请号200810044524.5，公开号 CN101280423A，记载了一种"小孔径金刚石涂层拉丝模具制备方法"，采用垂直 方向上布置热丝，热丝穿过模孔后，用锥形重物拉直，高温弹簧缓冲重力；采用 环向均布夹具固定模具，环向均布夹具的连动作用使不同外形规格尺寸的模具轴 线位于热丝方向上，另外均布夹具具有均匀冷却的作用，使金刚石涂层的质量和 均匀性得到了保证。但是该现有技术采用衬底仍然是WC-Co硬质合金衬底材料， 由于Co的催石墨化作用和硬质合金和金刚石薄膜热膨胀系数差异等影响因素， 使金刚石涂层中存在着较大的热应力，导致金刚石薄膜与基体材料之间结合强度 还有待提高，由于衬底仍然是硬质合金，同样存在着钩、钴资源消耗和制造成本 不断提高的压力。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的存在问题，提供一种具有多层膜结构 的金刚石复合涂层拉拔模具，以碳化硅陶瓷作为模具衬底，在内孔表面采用多层 金刚石涂层沉积、抛光的方法，克服陶瓷表面缺陷，得到碳化硅陶瓷基金刚石复 合涂层拉拔模具。本技术是通过以下技术方案实现的，本技术包括粗晶粒涂层、细晶粒涂层、纳米晶粒涂层和陶瓷模体，其中粗晶粒涂层、细晶粒涂层、纳米晶粒涂层依次位于陶瓷模体的内孔表面上，该陶瓷模体为拉拔模结构，其中心设有 定径孔。所述的粗晶粒涂层的厚度15，，该粗晶粒涂层的晶粒齒:径为2-:^m; 所述的细晶粒涂层的厚度为10,，该细晶粒涂层的晶粒0. 5" 所述的纳米晶粒涂层的厚度5pm，该纳米晶粒涂层的晶粒8(卜120nm; 所述的陶瓷模体外径为22 60mm，厚度为18 30mm: 所述的拉拔孔的孔径为3 38mm;本技术通过在热丝和基体之间施加一个带有交流成份的直流偏压，形成 Ar+和H+正离子轰击粗晶粒涂层的表面可显著除去涂层表面金刚石晶粒的突起， 再通过改变CVD的工艺条件可制备获得细晶粒涂层和纳米晶粒涂层，上述粗晶粒 涂层、细晶粒涂层和纳米晶粒涂层均采用钻石粉作为磨料以旋转机械抛光。本技术制备的陶瓷基金刚石涂层拉拔模具可广泛应用于金属管材的拉 拔、导电线芯绞制和紧压、金属管壁对焊及拉拔等场合，陶瓷材料工作表面涂覆 金刚石薄膜涂层，应用于替代传统硬质合金模具场合，不仅能大幅度延长传统模 具和器件的使用寿命，提高生产效率，显著改善相关拉制或绞制产品的质量，有 效节约原材料，而且对于大幅度减少钨、钴资源的消耗，有效解决硬质合金行业 面临资源危机意义重大。附图说明图l为本技术剖面示意图；图2为本技术局部放大示意图。具体实施方式卜面对本技术的实施例作详细说明本实施例在以本技术技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过稈，但本技术 的保护范围不限于下述的实施例。如图1和图2所示，本实施例包括陶瓷模体l、通孔2、粗晶粒涂层3、细晶 粒涂层4和纳米晶粒涂层5，其中粗晶粒涂层3、细晶粒涂层4、纟fi米晶粒涂层5 依次位于陶瓷模体l的内孔表面上，该陶瓷模体l为拉拔模结构，其中心设有定径 孔。所述的陶瓷模1的外径为40mm，厚度为25ram; 所述的定径带通孔2的孔径为18隱；所述的粗晶粒涂层3的厚度15,，该粗晶粒涂层3的晶粒直径为2. 5pm;所述的纳米晶粒涂层5的厚度5pm，该纳米晶粒涂层5的品粒IOO咖； 该模具的金刚石涂层厚约30微米，表面粗糙度Ra《0. 05 " m，将该模具用于低碳钢管拉拔，传统硬质合金模具一般为产量为10吨，采用陶瓷基金刚石复合涂层模具，产量为200 400吨，使用寿命提高20倍以1二。权利要求1、一种具有多层膜结构的金刚石涂层拉拔模具，包括粗晶粒涂层和陶瓷模体，其特征在于，还包括细晶粒涂层和纳米晶粒涂层，其中粗晶粒涂层、细晶粒涂层、纳米晶粒涂层依次位于陶瓷拉拔模内孔的表面上，陶瓷模体为拉拔模结构，其中心设有定径孔。2、 根据权利要求1所述的具有多层膜结构的金刚石涂层拉拔模具，其特征 是，所述的粗晶粒涂层的厚度15,,该粗晶粒涂层的晶粒直径为2-3拜。3、 根据权利要求1所述的具有多层膜结构的金刚石涂层拉拔模具，其特征是，所述的细晶粒涂层的厚度为10pm，该细晶粒涂层的晶粒0.5-lpm。4、 根据权利要求1所述的具有多层膜结构的金刚石涂层拉拔模具，其特征 是，所述的纳米晶粒涂层的厚度5pm，该纳米晶粒涂层的晶粒80-120，。5、 根据权利要求1所述的具有多层膜结构的金刚石涂层拉拔模具，其特征 是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多层膜结构的金刚石涂层拉拔模具，包括：粗晶粒涂层和陶瓷模体，其特征在于，还包括：细晶粒涂层和纳米晶粒涂层，其中：粗晶粒涂层、细晶粒涂层、纳米晶粒涂层依次位于陶瓷拉拔模内孔的表面上，陶瓷模体为拉拔模结构，其中心设有定径孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙方宏，张文骅，沈荷生，郭松寿，张志明，
申请(专利权)人：上海交友钻石涂层有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[]