[发明专利]一种用于不穿丝的小孔径金刚石涂层拉丝模的夹具及方法

说明书

本发明公开了一种用于不穿丝的小孔径金刚石涂层拉丝模的夹具、小孔径金刚石涂层制备方法及金属线材。其中，所述夹具沿夹具的高度方向由上至下依次包括第一基体以及第二基体。本案基于热丝化学气相沉积法，通过特制的铜夹具和“双层正交”的热丝排布方法，在无热丝穿孔的前提下，实现在小孔径硬质合金拉丝模内孔表面，尤其在定径区和压缩区沉积厚度和质量均匀、耐磨损性能优异的单层微米(纳米)、微米/纳米双层复合或微米/纳米多层复合金刚石涂层，大幅度提高硬质合金拉丝模的使用寿命和可靠性，突破了传统的热丝穿孔工艺难以应用于制备小孔径金刚石涂层拉丝模的瓶颈，既保证内孔表面金刚石涂层的均匀性，同时提高金刚石涂层生长效率。

技术领域

本发明属于薄膜技术领域，具体涉及一种基于不穿丝的小孔径金刚石涂层拉丝模制备方法。

背景技术

现代制造领域，拉拔加工是金属线、管材加工技术中应用最普遍的加工工艺之一。拉拔模具是金属冷拉拔加工行业中应用非常广泛的关键模具和易消耗产品。热丝化学气相沉积(Hot Filament Chemical Vapor Deposition,)金刚石薄膜具有高硬度、高热导率、高弹性模量、良好的耐磨性能以及低的摩擦系数等优异性能，使其成为了一种优异的拉拔模具内孔耐磨涂层。

传统的金刚石涂层拉拔模具普遍采用热丝穿孔的技术(简称穿丝法)进行金刚石涂层的制备。然而，当模具孔径小于Φ3mm，传统的穿丝法涂层制备技术很难应用，尤其对于Φ0.5～0.7mm的小孔径拉拔模具而言，现有技术受到该小孔径影响导致无法获得较为理想的金刚石涂层。其原因在于，常规的穿丝法很难在装夹过程中保证热丝与内孔的同心度；另一方面，由于热丝受热变形和气流场波动等影响，会在涂层沉积过程种偏向内孔某一侧孔壁，使得冷态良好的同心度被破坏，造成内孔表面温度分布不均匀，进而造成膜厚分布不均匀。更为严重的是，由于内孔孔径很小，因此留给热丝的变形空间很小，热丝在变形过程中很容易接触内孔表面，造成热丝断丝或者拉拔模具内孔表面的烧蚀损坏等严重后果。因此，传统的穿丝法很难满足小孔径金刚石涂层拉拔模具的制备，不穿丝法必然成为替代方法用于制备小孔径金刚石涂层拉拔模具。

在现有技术中，例如：公开号为CN 103114274A，公开日为2013年5月22日，名称为“一种微小孔径金刚石涂层拉丝模的制备方法”的中国专利文献公开了一种不穿丝制备金刚石涂层小孔径拉丝模的方法，其采用一对平行直拉热丝，拉丝模置于平行热丝中间，其中心轴线垂直于平行热丝且在同一个平面，热丝与拉丝模的入口面和出口面相距3mm～5mm，靠热丝辐射内孔表面达到金刚石生长所需的温度，并电离氢气以及碳源气体。但是需要指出的是，该专利文献所公开的技术方案由于只采用一对平行直拉热丝的方法，其会造成沿着热丝方向的内孔表面温度较高，由此导致内孔表面周向受到的热丝辐射并不均匀。并且，该专利文献所公开的技术方案中所用拉丝模的装夹方式容易造成靠近水冷台一侧温度低于远离水冷台一侧。上述因素都会造成金刚石膜生长不均匀。另外在拉丝模入口和出口位置布置单根热丝很难提供足够的活化离子浓度，容易造成孔中心位置涂层厚度偏小，影响金刚石涂层拉拔模具的使用寿命。

又例如：公开号为CN 207581929U，公开日为2018年7月6日，名称为“用于加工微孔CVD金刚石涂层拉丝模的CVD涂层设备”的中国专利文献公开了一种不穿丝的小孔径金刚石涂层拉丝模的方法，每个拉丝模被4跟热丝周向包围，拉丝模的轴心与热丝平行，这种方法虽然可以很好地满足内孔表面温度均匀性，但是由于受到拉丝模自身的遮挡，等离子体很难进入拉丝模内部，因此会严重损耗金刚石涂层的生长效率。

基于此，期望获得一种不穿丝的小孔径金刚石涂层拉丝模制备方法，该制备方法可以既能保证小孔径拉丝模内孔表面沉积均匀的高质量金刚石涂层，同时又能提高涂层模具制备效率。并且，该制备方法非常适用于孔径在Φ0.5～0.7mm的拉丝模。

发明内容