[实用新型]具有多层膜结构的金刚石复合涂层拉拔模具

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种金属加工技术领域的模具，具体是一种具有多层膜结构的金刚石复合涂层拉拔模具。

背景技术

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，市场容量大，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钨资源的浪费。

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(Si₃N₄)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模具，用以延长传统模具的使用寿命、提高生产效率并改善拉制、绞制产品的质量。同时对铜等原材料的节约和减少钨资源的消耗也意义重大。

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，同样存在着钨、钴资源消耗和制造成本不断提高的压力。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：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15μm，该粗晶粒涂层的晶粒直径为2-3μm；

所述的细晶粒涂层的厚度为10μm，该细晶粒涂层的晶粒0.5-1μm；

所述的纳米晶粒涂层的厚度5μm，该纳米晶粒涂层的晶粒80-120nm；

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；