[发明专利]具有多种涂层的拉丝模具及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有多种涂层的拉丝模具，包括拉丝模具基体，以及依次设置于所述拉丝模具基体上的碳化硅层、碳化硅‑金刚石梯度复合涂层、金刚石涂层和类金刚石涂层，所述碳化硅‑金刚石梯度复合涂层中，沿厚度方向由所述碳化硅层向所述金刚石涂层，碳化硅含量逐渐减少而金刚石含量逐渐增加。碳化硅层和碳化硅‑金刚石梯度复合涂层能有效弱化基体与金刚石涂层之间的热膨胀差异，提高金刚石涂层的结合强度，金刚石涂层上的类金刚石层可以降低金刚石涂层的粗糙度，避免金刚石晶粒尖锐的棱角造成加工过程产生应力集中。拉丝模具上这样的多层结构，可以有效提高拉丝模具的使用寿命。本发明还提供了该具有多种涂层的拉丝模具的制备方法。

技术领域

本发明涉及金刚石涂层制备技术领域，特别是涉及一种具有多种涂层的拉丝模具及其制备方法。

背景技术

拉丝模具由于其易粘料、工作部位易磨损、尺寸公差无法长期保持稳定、使用寿命短、生产效率低而逐渐无法满足市场需求。解决以上问题最好的方法是在拉丝模表面沉积一层高硬度、高耐磨性的保护涂层。金刚石涂层由于其高硬度、良好的耐磨性、抗冲击性、化学稳定性等性能，是拉丝模具表面保护涂层的最佳选择。目前，通常采用热丝气相沉积法(HFCVD)在拉丝模表面沉积一定厚度的微米/纳米金刚石涂层作为表面保护层，从而延长模具的使用寿命。

由于金刚石涂层与拉丝模基体的热膨胀系数不同，导致HFCVD所沉积的金刚石涂层与基体间的结合强度较差，在较高的冲击力下容易发生剥落现象。此外，得到的金刚石涂层表面较为粗糙，使得拉丝模具在对线材或者管材进行拉拔时，得到表面粗糙度较高的产品，因此，一般需要对金刚石涂层进行抛光处理，例如磁性研磨抛光、激光抛光、热化学抛光、离子束抛光等。以上抛光技术不仅工艺繁琐，操作难度大，而且抛光过程中所施加的力会造成极大的残余应力，对涂层的使用寿命造成一定的损伤。

发明内容

鉴于此，本发明第一方面提供了一种具有多种涂层的拉丝模具，其通过在拉丝模具基体上依次沉积碳化硅层、碳化硅-金刚石梯度复合涂层、金刚石涂层和类金刚石涂层，用以解决现有金刚石涂层与拉丝模具基体粘附性不足，及金刚石涂层粗糙度较大的问题，从而提高拉丝模具的使用寿命及加工质量，减少抛光工艺。

具体地，第一方面，本发明提供了一种具有多种涂层的拉丝模具，包括拉丝模具基体，以及依次设置于所述拉丝模具基体上的碳化硅层、碳化硅-金刚石梯度复合涂层、金刚石涂层和类金刚石涂层，所述碳化硅-金刚石梯度复合涂层中，沿厚度方向由所述碳化硅层向所述金刚石涂层，碳化硅含量逐渐减少而金刚石含量逐渐增加。

碳化硅层的存在能够阻碍基体中的钴向金刚石涂层扩散，并与钴形成少量的钴化硅化合物，消除钴催化生成石墨的作用。

碳化硅-金刚石梯度复合涂层中，成分、硬度和热膨胀系数均呈梯度分布，无新界面的产生和成分突变的界面，因此可将薄膜热应力降至趋于零，提高金刚石涂层的膜基结合强度；且其中的碳化硅可以增强涂层的韧性。而碳化硅-金刚石梯度复合涂层也能进一步阻挡金属钴扩散。

在金刚石涂层上沉积的一层类金刚石涂层，类金刚石涂层由于其极低的摩擦系数与优异的耐磨性可以作为润滑层，极大地降低金刚石涂层表面的粗糙度以及降低了金刚石涂层中的晶粒棱角在工作时的应力集中，减少了后续对金刚石涂层的抛光工艺，避免了抛光过程中施加的力会造成极大的残余应力，延长了涂层的有效使用期限，提高拉丝模具的使用寿命以及加工质量。

本发明中，所述类金刚石涂层的厚度为2-6微米。进一步优选为4-6微米。

本发明中，所述碳化硅层的厚度为0.5-2微米，优选为0.8-2微米。所述碳化硅层中的碳化硅晶粒大小为纳米级别(即100纳米以内)，具体可以是30-80纳米。适合的厚度能保证碳化硅层能很好地附着在基体表面，以及为后续沉积碳化硅-金刚石梯度复合涂层和金刚石涂层提供良好基础，且能有效阻碍基体中的钴向金刚石涂层扩散。