大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学气相沉积金刚石涂层拉拔模具制备技术，具体地说是一种大 孔径金刚石拉拔模涂层制备设备及制备方法，属于冶金类金属材料镀覆技术领域。
【背景技术】
[0002] 大孔径的拉拔模具有多种用途，如金属拉丝，金属管壁的减薄、定径等。在传统拉 拔行业中，硬质合金模具以其价格低廉而得到广泛应用，而且在直径铜管的拉拔中，人造金 刚石拉拔模具无法完成，硬质合金拉拔模具是最佳的选择，但硬质合金模的耐磨性较差，模 具的使用寿命短。而金刚石薄膜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、良好的自润滑性和化学稳定性等优异性能，从而使其在工模具领域具有广阔的应用 前景。随着化学CVD法沉积金刚石薄膜技术的日趋成熟，综合考虑模具成本和使用效果，以 硬质合金拉拨模具为衬底，在其内孔表面涂覆一层均匀的、附着力能满足使用要求的金刚 石薄膜已成为现实，是一种理想的方法。
[0003] 中国专利"大孔径金刚石涂层拉拔模的制备方法"（申请号02136951. 8)，提出了 在孔径直径大于15mm的硬质合金拉拔模内孔表面，采用热丝组件代替单根直拉热丝CVD法 沉积微米金刚石薄膜和纳米金刚石复合薄膜的方法。以大孔径硬质合金拉拔模为衬底，内 孔表面经稀盐酸滴加双氧水腐蚀、清洗后置于反应室中，采用由多根热丝组成并由圆形钼 片均匀隔离分布的鼠笼式热丝组件来替代单根热丝，热丝组件穿过拉拔模内孔后与灯丝电 极相连，用耐高温弹簧拉直，并使热丝组件轴线与模孔轴线相重合，通过缩短热丝与内孔表 面之间的距离，使得当拉拔孔径直径大于15_时，仍能保持较高的涂层质量和生长速率并 提高涂层的均匀性。通过调整CVD工艺参数（如灯丝温度，、偏流功率，反应气体压力。碳 源浓度和添加惰性气体），来得到微米金刚石薄膜或者纳米金刚石薄膜。用这种拉拔模具用 于铝线电缆绞线，模子寿命可提高5倍左右。
[0004] 但是，鼠笼式热丝组件中，要提高内孔表面的涂层均匀性，只能靠增加热丝组件中 热丝的根数，但热丝根数越大，热丝组件的制作就越麻烦。而且随着孔径的增大热丝根数也 要增大，热丝距离内孔的距离一般取5-7mm，距离太小，涂层的均匀性就会变差，相反距离太 大，虽然有利于涂层均匀性提高，但涂层质量和沉积速率都会下降。这种缺陷导致当孔径越 大，热丝组件的效果就越差，而且限制了可沉积的模具孔径直径不会太大。而且热丝横向放 置也会在加热后塌陷，偏尚轴心。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种能够保持很高的金刚石涂层质量，涂层的均 匀性和涂层的厚度的大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备及制备方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备，包括CVD 沉积设备，CVD沉积设备内安装有能够由动力设备驱动旋转的旋转工作台以及竖直安装在 旋转工作台上的拉拔模具，拉拔模具的内孔中有固定安装的热丝组件；热丝组件包括两片 半环形的钼片以及多对在两片半环形的钼片上对称布置的竖直热丝，每根竖直热丝的端部 分别连接在其中一片半环形的钼片上，两个半环形钼片分别与灯丝电极连接。
[0007] 所述两片半环形的钼片沿拉拔模具的其中一条对称轴对称布置，各根所述竖直热 丝在拉拔模具的内孔中沿圆周均匀分布并沿拉拔模具中心等径排列。
[0008] 每对所述竖直热丝的下端均连接一根水平热丝构成一组U形热丝，所述钼片位于 拉拔模具的内孔上端。
[0009] 每对所述竖直热丝的中点线、拉拔模具的轴心线和旋转工作台的轴心线三线重 合。
[0010] 所述旋转工作台内设置有冷却水通道。
[0011] 所述热丝组件的下端安置有能够使各根竖直热丝保持竖直的重物。
[0012] -种基于上述大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备的制备方法，其特征在于，包括 以下步骤：拉拔模具竖直放于旋转工作台上，在CVD沉积设备中对拉拔模具内孔表面沉积 金刚石涂层，在沉积过程中，热丝组件固定不动，旋转工作台匀速旋转进而带动拉拔模具匀 速旋转，使得旋转的拉拔模具内孔表面与热丝组件之间的距离不变，但保持一个相对的匀 速运动，沉积满足以下工艺参数要求：压力5-7KPa，甲烷36毫升/分，氢气800毫升/分， 热灯丝温度2100-2300°C，拉拔模具的基底温度700-900°C，经5-10小时沉积得到金刚石涂 层。
[0013] 采用上述的结构后，将拉拔模具竖直安装在旋转的工作台上，热丝组件固定安装， 拉拔模具和热丝组件的相对位置均匀，特别是每对竖直热丝的中点线、拉拔模具的轴心线 和旋转工作台的轴心线三线重合，采用的热丝排布方式使热丝均匀分布并相对拉拔模具做 相对匀速旋转运动，
[0014] 缩短了热丝与内孔表面之间的距离，以保持较高的质量和生长速率，保证了拉拔 模具基底的温度的均匀性，同时又使内孔表面的沉积的金刚石涂层是均匀的；钼片位于拉 拔模具的内孔上端不影响拉拔模具的旋转，其结构设置合理，拉拔模具具有极强的耐磨性， 制备的大孔径拉拔模具摩擦系数小，使用寿命长，大大降低了成本，提高了产品质量，可以 完全保证涂层的质量；可作为拉拔模，用于减薄金属管壁、金属管的定径等，也可作为紧压 模具。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备的主视结构示意图；
[0016] 图2为本发明大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备的拉拔模具与热丝组件安装结 构示意图；
[0017] 图3为图2的仰视结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备及制 备方法作进一步详细说明。
[0019] 如图所示，本发明的大孔径金刚石拉拔模涂层制备设备，包括CVD沉积设备1，CVD 沉积设备1内安装有能够由动力设备驱动旋转的旋转工作台2以及竖直安装在旋转工作台 上的拉拔模具3,优选地以孔径直径大于20mm的硬质合金拉拔模具为基底，本发明可使用 市售大孔径硬质合金拉拔模具作为沉积的基底，牌号为YG6或者YG8,孔径直径范围为：20 毫米-200毫米；拉拔模具3具有一个内孔，拉拔模具3的内孔中有固定安装的热丝组件4 ; 热丝组件4包括两片半环形的钼片以及多对在两片半环形的钼片5上对称布置的竖直热 丝，也就是说每对竖直热丝中的其中一根布置在一片钼片上，另外一根竖直热丝则布置在 另外一片钼片上，两片半环形的钼片5沿拉拔模具的其中一条对称轴对称布置，各根竖直 热丝在拉拔模具的内孔中沿圆周均匀分布并沿拉拔