[发明专利]适用于水润滑的金刚石涂层拉拔模具制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于水润滑的金刚石涂层拉拔模具制备方法；以各种孔径的硬质合金拉拔模具为衬底，内孔表面经稀盐酸滴加双氧水腐蚀去钴，以碳化硅粉喷砂、钻石粉研磨粗化处理，洗净后热丝CVD法沉积金刚石涂层；将金刚石涂层拉拔模具先后或交叉进行稀硫酸条件下的阳极氧化和有氧条件下对涂层研磨抛光等后处理，使金刚石涂层最后的表面光洁度达到R_a≤0.1μm。金刚石涂层拉拔模具工作面硬度高，耐腐蚀，其表面亲水性又能使水形成连续的润滑膜，加上涂层表面均匀分布有自润滑性的石墨成份，在金属拉丝、管减径减壁的拉拔过程中，可以用水润滑代替油润滑，不但可以降低成本，而且能够有效避免油基润滑剂的大量使用引起的生态环境污染。

技术领域

本发明属于冶金类金属材料的镀覆技术领域，具体涉及一种适用于水润滑的金刚石涂层拉拔模具制备方法。

背景技术

在金属拉拔加工领域，油基润滑剂被广泛应用于减少各类拉丝模具工作表面的摩擦，从而达到延长模具的使用寿命，提高生产效率，和保证线径的精度与光洁度加工质量等目的。然而，油基润滑剂本身具有生态毒性高、生物降解性差、环境滞留时间长等特点，它的泄漏以及加工废液的排放会对土壤、水源和空气等自然环境造成严重污染。此外，在拉拔加工过程中大量使用油基润滑剂会造成加工车间的烟雾、油雾、气氛、化学微粒及细菌污染等加工环境污染和火灾隐患问题，甚至会危及加工者的健康。同时，随着全球石油资源的日益枯竭，生产油基润滑剂对石油资源的大量消耗也日益引起了人们的重视。水润滑技术是解决这一问题的理想途径之一，水溶液是一种理想的环境友好型润滑剂，与油基润滑剂相比，它具有安全、无污染、价廉易得、冷却性能优异等优点。然而，水的黏度很低，仅有矿物油的1/40～1/50，润滑性差，氧化性强，成膜能力差，难以在接触表面上形成良好的润滑膜，并且容易引起金属摩擦副的氧化腐蚀和粘着磨损，这给水润滑技术的应用和推广带来了很大的困难。在这种情况下，研究开发在水润滑条件下具有优异耐磨减摩特性的新型拉拔模具就成为促进水润滑技术在拉丝领域应用的有效途径之一。

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)金刚石薄膜具有许多接近天然金刚石的机械物理特性，如极高的硬度、弹性模量及热导率，稳定的表面化学性能等，此外，它在水润滑条件下也具有优异的摩擦学性能，如极低的摩擦系数和磨损率，以及良好的自润滑性。一方面，CVD金刚石薄膜稳定的表面化学性能保证了其表面在水润滑摩擦的过程中不易发生腐蚀、氧化等化学反应；另一方面，CVD金刚石薄膜的表面一般为亲水性表面，这有利于提高水润滑膜的成膜性，从而减少配副表面之间的直接接触及机械作用，有效降低了摩擦副的摩擦力及配副表面的磨损。现有的研究表明，CVD金刚石薄膜自配副在水润滑条件下的摩擦系数一般约为0.04～0.07之间，磨损率则小于10^-8mm³N^-1m^-1数量级，CVD金刚石薄膜与其他常见金属材料(铜、铝、不锈钢等)在水润滑条件下的摩擦系数也明显小于在干摩擦，并与油润滑条件下的数值相当。由此可见，CVD金刚石薄膜有望成为新一代与水润滑技术相匹配的表面耐磨减摩涂层材料，适用于以水润滑代替油润滑的金刚石涂层拉拔模具的制备。