微小孔径金刚石涂层拉丝模装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，包括化学气相沉积反应室，该化学气相沉积反应室的上端设置有排气通道，同时在其下端还设置有进气装置，在化学气相沉积反应室的内部还设置有拉丝主体，该拉丝主体上还连接有电源；拉丝主体包括拉丝模、设置于拉丝模下端的耐高温支撑装置，在该拉丝模的上下两端与其相差3mm～5mm的位置还分别设置有上加热丝与下加热丝，上加热丝与下加热丝的两端分别连接有一号电极与二号电极。本实用新型提供一种微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，大大增长了模具的使用寿命、提高了尺寸精度以及线材或管材表面质量，能够使微小孔径拉丝模内孔表面金刚石涂层均匀，增强了涂层与基体结合能力，且涂层后的孔型圆整度较好。
【专利说明】微小孔径金刚石涂层拉丝模装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种金刚石涂层拉丝模装置，具体的说是涉及一种微小孔径的金刚石涂层拉丝模装置。
【背景技术】
[0002]微小孔径拉丝模通常是成品线材最后几道次的拉拔，直接关系到成品线材生产效率和质量，因此微小孔径拉丝模的质量和使用性能在线材拉拔中起着至关重要的作用。随着拉丝模孔径尺寸的减少，拉拔速度更快，摩擦磨损接触的面积更小，磨损得更快，模具使用寿命更短。目前Φ 1.5mm以下的模具使用的是硬质合金和聚晶模具，硬质合金模具尽管价格便宜，但使用寿命仅为3吨；而聚晶模具在保证每天卸下保养的情况下的使用寿命一般在10吨?20吨。上述两类产品不能满足连续拉拔、高生产率的需求。因此，开发各种耐磨性能优良、长寿命的超硬拉丝模具是必然趋势，对推动线材、管材加工制造业的快速发展具有十分重要的意义。
[0003]金刚石具有极高硬度和化学稳定性，其耐磨性是硬质合金的100倍?250倍，具有耐强酸强碱的能力，但韧性很差。若以韧性较好的硬质合金拉丝模具为基体，涂敷一层耐磨性高、化学惰性好的金刚石薄膜，则金刚石涂层模具兼具硬质合金的较高强度和金刚石超耐磨的特点，将是一种理想的提高拉丝模具性能的手段。化学气相沉积(CVD)法可实现复杂工模具表面上制备一层高硬度，高耐磨性，低摩擦系数以及高表面光洁度的金刚石薄膜，使其成为了拉丝模最具前景的材质之一，为拉丝模行业带来了新的活力。
[0004]经过对现有技术的文献检索，发现拉丝模的结构为中心轴对称，为保证内表面的温度均匀，最理想的热丝排列方式是热丝圆柱阵列排布在拉丝模内孔中。随着拉丝模孔径的减少，热丝数量也要相应减少，最终可以是单根热丝位于拉丝模具中心轴位置。专利ZL02136951.8提供了一种大孔径金刚石涂层拉丝模的制备方法，采用多根热丝组成并由圆形钥片均匀隔离分布的鼠笼式热丝组件作为加热和气体激励源，由于多根热丝分布的对称性与均匀性，以及热丝与孔径表面的距离缩短，涂层的质量和厚度都能得到保证。专利ZL200810044524.5提供了一种小孔径(大于Φ1.5mm)金刚石涂层拉丝模具制备方法，采用垂直方向上布置单根热丝穿过模孔，使用锥形重物和高温弹簧拉直热丝，采用环向均布夹具固定模具实现对中，保证了模具表面温度和激励气源分布的均匀性，从而扩大了金刚石涂层拉丝模的尺寸范围。但上诉专利仅仅能够在孔径大于1.5mm时使用，当孔径小于1.5mm时，已不再适合热丝穿过拉丝模进行金刚石涂层制备。主要是由于热丝与模具壁距离小于
0.8mm，近2000°C的热丝对模具会出现烧蚀现象；其次孔径小于1.0mm时，热丝穿孔时对多个模具的对中性操作就非常困难；还有微小孔径对常规化学气相沉积工艺中反应气氛的屏障作用，使得微小孔内的工作面很难生成金刚石薄膜。以上几点限制了 CVD金刚石涂层在更小孔径拉丝模中的应用。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型提供一种微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，大大增长了模具的使用寿命、提高了尺寸精度以及线材或管材表面质量，能够使微小孔径拉丝模内孔表面金刚石涂层均匀，增强了涂层与基体结合能力，且涂层后的孔型圆整度较好。
[0006]为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是:
[0007]微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，包括化学气相沉积反应室，该化学气相沉积反应室的上端设置有排气通道，同时在其下端还设置有进气装置，在化学气相沉积反应室的内部还设置有拉丝主体，该拉丝主体上还连接有电源。
[0008]进一步的，上述进气装置包括气体分布器以及通过输气管与其相连的混气室，在该混气室上还设置有另外三根进气管，且三根进气管的另一端分别连接有甲烷储气罐、氢气储气罐以及氩气储气罐。
[0009]作为优选，所述进气管上分别设置有气体流量计，该气体分布器成漏斗状且开口朝上设置。
[0010]作为优选，所述排气通道的另一端设置有机械泵。
[0011]再进一步的，上述拉丝主体包括拉丝模、设置于拉丝模下端的耐高温支撑装置，在该拉丝模的上下两端与其相差3?5mm的位置还分别设置有上加热丝与下加热丝，上加热丝与下加热丝的两端分别连接有一号电极与二号电极。
[0012]作为优选，所述拉丝模的数量至少为一个，且成阵列设置于耐高温支撑装置上，该拉丝模成圆柱状，在其内部设置有大口向下的漏斗状通孔，同时在该拉丝模的非工作表面涂有用于绝缘的Si02涂层。
[0013]更进一步的，上述一号电极与二号电极设置于拉丝模轴向两端，且与拉丝模的轴线处于同一平面，且设置于一号电极与二号电极之间的上加热丝的直径为0.15mm-0.30mm,同时下加热丝的直径为0.30mm-0.60mm,且其材料为鹤丝或钽丝。
[0014]作为优选，所述一号电极的两端还分别设置有一根耐高温弹簧，该耐高温弹簧的材料为鹤丝。
[0015]另外，上述电源包括加热电源与偏压电源，加热电源的两极分别与上加热丝以及下加热丝的两端相连，偏压电源的正极连接在耐高温支撑装置上，且该偏压电源的负极连接在加热丝上。
[0016]作为优选，所述耐高温支撑装置的材料为钨钥合金。
[0017]与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果:
[0018](I)本实用新型能够实现微小孔径拉丝模内孔表面金刚石涂层，在行业中完成了技术的突破；
[0019](2)本实用新型能够完成产品的批量涂层与生产，大大提高了生产效率，节省了生产所需投入成本；
[0020](3)本实用新型能够使微小孔径拉丝模内孔表面金刚石涂层均匀，增强了涂层与基体结合能力，且涂层后的孔型圆整度较好；
[0021](4)本实用新型进行涂层的微小孔径金刚石涂层拉丝模的使用寿命长、尺寸精度高、线材或管材表面质量好；
[0022](5)本实用新型制备的金刚石涂层微小孔径拉丝模可成套用于焊接材料、不锈钢、冷镦钢、铜铝、合金钢、钨、钥等线材的成品模拉制，大大增加了产品的使用范围，提高了经济效益；
[0023](5)本实用新型结构简单，使用方便，生产与加工的成本较低，能够很好的进行大规模的生产与使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型的结构示意图；
[0025]图2为本实用新型拉丝主体的结构示意图；
[0026]图3为本实用新型拉丝主体的剖面图。
[0027]图上附图标记为:1 一化学气相沉积反应室；2—排气通道；3—拉丝主体；4一气体分布器；5—加热电源；6—混气室；7—进气管；8—偏压电源；9一拉丝模；10—上加热丝；11—耐闻温弹簧；12——号电极；13—下加热丝；14一耐闻温支撑装置；15—二号电极。
【具体实施方式】
[0028]本实用新型的核心思路是，提供一种微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，大大增长了模具的使用寿命、提高了尺寸精度以及线材或管材表面质量，能够使微小孔径拉丝模内孔表面金刚石涂层均匀，增强了涂层与基体结合能力，且涂层后的孔型圆整度较好。
[0029]为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0030]实施例
[0031]如图1、2、3所示，微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，包括化学气相沉积反应室1，该化学气相沉积反应室I的上端设置有排气通道2，同时在其下端还设置有进气装置，在化学气相沉积反应室I的内部还设置有拉丝主体3，该拉丝主体3上还连接有电源。
[0032]进一步的，上述进气装置包括气体分布器4以及通过输气管与其相连的混气室6，在该混气室6上还设置有另外三根进气管7，且三根进气管7的另一端分别连接有甲烷储气罐、氢气储气罐以及氩气储气罐。
[0033]作为优选，所述进气管7上分别设置有气体流量计，该气体分布器4成漏斗状且开口朝上设置。
[0034]作为优选，所述排气通道2的另一端设置有机械泵。
[0035]再进一步的，上述拉丝主体3包括拉丝模9、设置于拉丝模9下端的耐高温支撑装置14，在该拉丝模9的上下两端与其相差3mm?5mm的位置还分别设置有上加热丝10与下加热丝13，上加热丝10与下加热丝13的两端分别连接有一号电极12与二号电极15。
[0036]作为优选，所述拉丝模9的数量至少为一个，且成阵列设置于耐高温支撑装置14上，该拉丝模9成圆柱状，在其内部设置有大口向下的漏斗状通孔，同时在该拉丝模9的非工作表面涂有用于绝缘的Si02涂层。
[0037]更进一步的，上述一号电极12与二号电极15设置于拉丝模9轴向两端，且与拉丝模9的轴线处于同一平面，且设置于一号电极12与二号电极15之间的上加热丝10的直径为0.15mm-0.30mm,同时下加热丝13的直径为0.30mm-0.60mm,且其材料为鹤丝或钽丝。
[0038]作为优选，所述一号电极12的两端还分别设置有一根耐高温弹簧11，该耐高温弹簧11的材料为钨丝。[0039]另外，上述电源包括加热电源5与偏压电源8，加热电源5的两极分别与上加热丝10以及下加热丝13的两端相连，偏压电源8的正极连接在耐高温支撑装置14上，且该偏压电源8的负极连接在加热丝上。
[0040]作为优选，所述耐高温支撑装置14的材料为钨钥合金。
[0041]使用前,基体采用YG6硬质合金拉丝模,外形规格尺寸为C>12mm X8mm,孔径Φ0.8 mm,允许公差为-0.02mm~Omm,模孔表面经修模预留涂层厚度和公差后的孔径Φ0.86 mm ;模具经表面去污清洗后，置于表面脱碳处理炉中，气氛为含碳0.5%的氢气氛，气压0.5kPa，基体温度950°C，脱碳处理30min。取出后经稀硝酸溶液(HNO3 =H2O=1:3)处理，以除去基体表面的钴，15min后取出，用清水洗去表面残留的酸，再将模具放入粒度为I μ m的金刚石微粉悬浮液中超声振荡处理30min，取出后用去离子水和无水酒精清洗，即完成了拉丝模的制作。
[0042]接着将拉丝模置于化学气相沉积反应室的水冷平台上。热丝采用两根平行Φ0.3mm的钽丝，两端用高温弹簧拉紧。反应室抽真空后通入反应气体，该气体为含H2与CH4的气体，总流量500ml/min，调整反应室压力后开始化学气相沉积金刚石涂层。形核阶段工艺参数为:压力4.0kPa, CH4的体积份数为5%，基体温度约850°C，时间30min。生长阶段工艺参数为:压力7.0kPa, CH4体积份数为3%，时间6h ;表面纳米化阶段，反应压力4.0砂&，碳源气体的体积份数为5%，时间301^11。整个阶段辅助负偏压的电流为2A。得到约35μ m厚的微细晶粒金刚石涂层。涂层模具抛光后的孔径为Φ0.795 mm。如此便完成了涂层的全部工艺，这种涂层拉丝模具用于气体保护焊丝最后一道次的拉拔，其寿命是硬质合金模具的10倍以上。
[0043]以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保 护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，包括化学气相沉积反应室(I)，该化学气相沉积反应室(I)的上端设置有排气通道(2)，同时在其下端还设置有进气装置，在化学气相沉积反应室(I)的内部还设置有拉丝主体(3 )，该拉丝主体(3 )上还连接有电源。
2.根据权利要求1所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述进气装置包括气体分布器(4)以及通过输气管与其相连的混气室(6)，在该混气室(6)上还设置有另外三根进气管(7)，且三根进气管(7)的另一端分别连接有甲烷储气罐、氢气储气罐以及氩气储气罐。
3.根据权利要求2所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述进气管(7)上分别设置有气体流量计，该气体分布器(4)成漏斗状且开口朝上设置。
4.根据权利要求3所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述排气通道(2)的另一端设置有机械泵。
5.根据权利要求4所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述拉丝主体(3)包括拉丝模(9)、设置于拉丝模(9)下端的耐高温支撑装置(14)，在该拉丝模(9)的上下两端与其相差3mm?5mm的位置还分别设置有上加热丝(10)与下加热丝(13),上加热丝(10)与下加热丝(13)的两端分别连接有一号电极(12)与二号电极(15)。
6.根据权利要求5所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述拉丝模(9)的数量至少为一个，且成阵列设置于耐高温支撑装置(14)上，该拉丝模(9)成圆柱状，在其内部设置有大口向下的漏斗状通孔，同时在该拉丝模(9)的非工作表面涂有用于绝缘的SiO2涂层。
7.根据权利要求6所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述一号电极(12)与二号电极(15)设置于拉丝模(9)轴向两端，且与拉丝模(9)的轴线处于同一平面，且设置于一号电极(12)与二号电极(15)之间的上加热丝(10)的直径为0.15mm-0.30mm,同时下加热丝(13)的直径为0.30mm-0.60mm,且其材料为鹤丝或钽丝。
8.根据权利要求7所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述一号电极(12)的两端还分别设置有一根耐高温弹簧(11)，该耐高温弹簧(11)的材料为钨丝。
9.根据权利要求8所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述电源包括加热电源(5)与偏压电源(8)，加热电源(5)的两极分别与上加热丝(10)以及下加热丝(13)的两端相连，偏压电源(8)的正极连接在耐高温支撑装置(14)上，且该偏压电源(8)的负极连接在加热丝上。
10.根据权利要求9所述的微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其特征在于，所述耐高温支撑装置(14)的材料为钨钥合金。
【文档编号】C23C16/44GK203411607SQ201320313241
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】李建国, 胡东平, 黄飞, 丰杰, 王彤伟, 万强, 刘伟, 胡绍全 申请人:中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川中物超硬材料有限公司