專利名稱：具有多層膜結構的金剛石復合涂層拉拔模具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種金屬加工技術領域的模具，具體是-'種具有多層 膜結構的金剛石復合涂層拉拔模具。
技術背景拉拔模具是線纜產品生產的最關鍵環節，直接影響相關行業生產效率和產 品質量的提高以及原材料的有效節約，金屬拉拔和絞制是金屬材料最普遍的加工 工藝，拉絲模、緊壓模和其他各種拉拔模具是電力電纜、金屬制品、建筑管材等 行業常用的關鍵模具，應用范圍廣，巿場容量大，其模具制造本身在工模具領域 占有相當大的比重，然而目前生產上廣泛采用的傳統硬質合金拉拔模具，模具非 常容易磨損，壽命短，模具損耗大，生產效率低，而且拉制和絞制產品表面質量 差，特別是截面尺寸精度難以保證，造成原材料浪費嚴重，嚴重制約了傳統產業 的技術進步和行業效益的進一步提高。而且由于鎢又是一種戰略物資，大量模具 硬質合金材料的消耗，直接導致國家戰略物質媽資源的浪費。工程陶瓷材料具有耐高溫、耐磨損、抗氧化、耐腐蝕和良好高溫強度等特 點，目前正在許多以往使用硬質合金的領域中得到應用。隨著先進陶瓷的抗沖擊 強度和斷裂韌性大幅度提高，最有希望發展成為硬質合金拉拔模具理想的替代模 具。化學氣相沉積金剛石薄膜具有一系列優異性能，它具有十分接近天然金剛石 的硬度、高的彈性模量、極高的熱導率、低的摩擦系數、低熱膨脹系數和化學穩 定性等優異性能，因而在工模具領域具有廣泛的應用前景。對于非氧化物結構陶 瓷，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N》等，是典型強共價鍵結合的強碳化物形成 材料，有近似于金剛石的四面體結構單元，在上述陶瓷基體上，CVD金剛石成核 密度大，與金剛石涂層有很好的結合性，與硬質合金相比，陶瓷材料熱膨脹系數 較小，又無Co的催石墨化影響，因此，在陶瓷基體材料上，容易獲得結合強度 比硬質合金顯著提高的金剛石涂層，從而有效解決了涂層結合強度這一技術難 題。因此一種創新思想就是結合陶瓷模具和金剛石薄膜的優勢，采用化學氣相沉積方法，在拉拔模具內孔表面涂覆金剛石薄膜，制備陶瓷基金剛石涂層拉拔懊具, 用以延長傳統模具的使用壽命、提高生產效率并改善拉制、絞制產品的質.敏。問 時對銅等原材料的節約和減少鎢資源的消耗也意義fi大。CVD金剛石摻入硼元素不僅可以提高薄膜的導電性能，而且少量的硼元素加 入到金剛石中還能夠薄膜改善質量和表面形貌，隨著硼摻雜濃度的增加，薄膜的 平均晶粒尺寸減小，并且面缺陷密度明顯下降，從而提高了金剛石薄膜的質量。 硼元素的加入明顯的改變了金剛石的形核速率，合適硼摻雜濃度使金剛石生長速 率顯著增加，本專利以丙酮和氫氣為原料，以硼酸三甲酯為摻雜源，制備硼摻雜 金剛石薄膜復合涂層，對于增加金剛石生長速率、細化金剛石薄膜晶粒、降低薄 膜內應力、提高薄膜質量具有重要作用。經過對現有技術的檢索發現，專利申請號200810044524.5，公開號 CN101280423A，記載了一種"小孔徑金剛石涂層拉絲模具制備方法"，采用垂直 方向上布置熱絲，熱絲穿過模孔后，用錐形重物拉直，高溫彈簧緩沖重力；采用 環向均布夾具固定模具，環向均布夾具的連動作用使不同外形規格尺寸的模具軸 線位于熱絲方向上，另外均布夾具具有均勻冷卻的作用，使金剛石涂層的質量和 均勻性得到了保證。但是該現有技術采用襯底仍然是WC-Co硬質合金襯底材料， 由于Co的催石墨化作用和硬質合金和金剛石薄膜熱膨脹系數差異等影響因素， 使金剛石涂層中存在著較大的熱應力，導致金剛石薄膜與基體材料之間結合強度 還有待提高，由于襯底仍然是硬質合金，同樣存在著鉤、鈷資源消耗和制造成本 不斷提高的壓力。 實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有技術的存在問題，提供一種具有多層膜結構 的金剛石復合涂層拉拔模具，以碳化硅陶瓷作為模具襯底，在內孔表面采用多層 金剛石涂層沉積、拋光的方法，克服陶瓷表面缺陷，得到碳化硅陶瓷基金剛石復 合涂層拉拔模具。本實用新型是通過以下技術方案實現的，本實用新型包括粗晶粒涂層、細晶粒涂層、納米晶粒涂層和陶瓷模體，其中粗晶粒涂層、細晶粒涂層、納米晶粒涂層依次位于陶瓷模體的內孔表面上，該陶瓷模體為拉拔模結構，其中心設有 定徑孔。所述的粗晶粒涂層的厚度15，，該粗晶粒涂層的晶粒齒:徑為2-:^m; 所述的細晶粒涂層的厚度為10,，該細晶粒涂層的晶粒0. 5" 所述的納米晶粒涂層的厚度5pm，該納米晶粒涂層的晶粒8(卜120nm; 所述的陶瓷模體外徑為22 60mm，厚度為18 30mm: 所述的拉拔孔的孔徑為3 38mm;本實用新型通過在熱絲和基體之間施加一個帶有交流成份的直流偏壓，形成 Ar+和H+正離子轟擊粗晶粒涂層的表面可顯著除去涂層表面金剛石晶粒的突起， 再通過改變CVD的工藝條件可制備獲得細晶粒涂層和納米晶粒涂層，上述粗晶粒 涂層、細晶粒涂層和納米晶粒涂層均采用鉆石粉作為磨料以旋轉機械拋光。本實用新型制備的陶瓷基金剛石涂層拉拔模具可廣泛應用于金屬管材的拉 拔、導電線芯絞制和緊壓、金屬管壁對焊及拉拔等場合，陶瓷材料工作表面涂覆 金剛石薄膜涂層，應用于替代傳統硬質合金模具場合，不僅能大幅度延長傳統模 具和器件的使用壽命，提高生產效率，顯著改善相關拉制或絞制產品的質量，有 效節約原材料，而且對于大幅度減少鎢、鈷資源的消耗，有效解決硬質合金行業 面臨資源危機意義重大。
圖l為本實用新型剖面示意圖；圖2為本實用新型局部放大示意圖。
具體實施方式
卜面對本實用新型的實施例作詳細說明本實施例在以本實用新型技術方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過稈，但本實用新型 的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1和圖2所示，本實施例包括陶瓷模體l、通孔2、粗晶粒涂層3、細晶 粒涂層4和納米晶粒涂層5，其中粗晶粒涂層3、細晶粒涂層4、纟fi米晶粒涂層5 依次位于陶瓷模體l的內孔表面上，該陶瓷模體l為拉拔模結構，其中心設有定徑 孔。所述的陶瓷模1的外徑為40mm，厚度為25ram; 所述的定徑帶通孔2的孔徑為18隱；所述的粗晶粒涂層3的厚度15,，該粗晶粒涂層3的晶粒直徑為2. 5pm;所述的納米晶粒涂層5的厚度5pm，該納米晶粒涂層5的品粒IOO咖； 該模具的金剛石涂層厚約30微米，表面粗糙度Ra《0. 05 " m，將該模具用于低碳鋼管拉拔，傳統硬質合金模具一般為產量為10噸，采用陶瓷基金剛石復合涂層模具，產量為200 400噸，使用壽命提高20倍以1二。
權利要求1、一種具有多層膜結構的金剛石涂層拉拔模具，包括粗晶粒涂層和陶瓷模體，其特征在于，還包括細晶粒涂層和納米晶粒涂層，其中粗晶粒涂層、細晶粒涂層、納米晶粒涂層依次位于陶瓷拉拔模內孔的表面上，陶瓷模體為拉拔模結構，其中心設有定徑孔。
2、 根據權利要求1所述的具有多層膜結構的金剛石涂層拉拔模具，其特征 是，所述的粗晶粒涂層的厚度15,,該粗晶粒涂層的晶粒直徑為2-3拜。
3、 根據權利要求1所述的具有多層膜結構的金剛石涂層拉拔模具，其特征是，所述的細晶粒涂層的厚度為10pm，該細晶粒涂層的晶粒0.5-lpm。
4、 根據權利要求1所述的具有多層膜結構的金剛石涂層拉拔模具，其特征 是，所述的納米晶粒涂層的厚度5pm，該納米晶粒涂層的晶粒80-120，。
5、 根據權利要求1所述的具有多層膜結構的金剛石涂層拉拔模具，其特征 是，所述的陶瓷模的外徑為22 60mm，厚度為18 30mm。
6、 根據權利要求1所述的具有多層膜結構的金剛石涂層拉拔模具，其特征 是，所述的模具定徑帶孔徑為3 38,。
專利摘要一種金屬加工技術領域的具有多層膜結構的金剛石涂層拉拔模具，包括陶瓷模體、粗晶粒涂層、細晶粒涂層和納米晶粒涂層，其中粗晶粒涂層、細晶粒涂層、納米晶粒涂層依次沉積在陶瓷拉拔模內孔的表面上，陶瓷模體為拉拔模結構，其中心設有定徑孔。本實用新型制備的涂層模具能大幅度延長傳統模具的使用壽命，提高生產效率，顯著改善相關產品的質量，有效節約原材料，且對于大幅度減少鎢、鈷資源的消耗，有效解決硬質合金行業面臨資源危機有重要意義。
文檔編號B21C3/00GK201410508SQ20092007304
公開日2010年2月24日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者孫方宏, 張志明, 張文驊, 沈荷生, 郭松壽 申請人:上海交友鉆石涂層有限公司