專利名稱：金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通過氣態(tài)化合物分解且表面材料的反應產(chǎn)物以沉積金屬材料以外之無機材料 為特征的化學鍍覆技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置。
背景技術(shù)：
CVD金剛石涂層技術(shù)能有效地對拉絲模具復雜的內(nèi)孔表面進行涂層，制成高性能的金剛 石涂層拉絲模具，既能克服大孔徑聚晶拉絲模具價格昂貴、易脆的缺點，也能克服硬質(zhì)合金 拉絲模具易磨損、工作壽命短的不足，從而提高模具的耐用度，降低使用成本，其應用前景 極為廣泛。然而，金剛石涂層拉絲模具實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化難度極大。由于拉絲模具的結(jié)構(gòu)特點是變 半徑的內(nèi)孔表面作為工作面，使用性能的要求是硬度高、耐磨損、抗沖擊、摩擦系數(shù)小?？?觀來看，針對這樣的結(jié)構(gòu)特點和使用要求的涂層裝置和涂層工藝等有其特殊性。
中國專利文獻數(shù)據(jù)庫(CN1211635A)中公開了一種金剛石涂層拉絲模的制備方法，在該 專利技術(shù)中，采用水平方向上穿過?？椎臒峤z作為氣體激勵源，可以實現(xiàn)對單個拉絲模具涂 層，但對多個模具同時涂層就比較困難，模具往往產(chǎn)生熱變形、出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象或是石墨成分 居多。主要是由于拉絲模具的內(nèi)孔尺寸較小，且熱絲在高溫時易變形，很難滿足多個模具的 對中性要求。另外拉絲模具固定在支撐臺上，其內(nèi)孔表面各區(qū)域距離熱絲的距離不一致，冷 卻方式又是支撐臺一方的單向冷卻，這兩方面導致了各個拉絲模具內(nèi)孔表面溫度分布不均勻； 在反應氣體的分布方面，采用平行熱絲氣流方法，由于熱障作用，反應氣體在整個反應室中 的分布不均勻。溫度和反應氣體分布的不均勻最終導致整個反應室的拉絲模具涂層質(zhì)量和厚 度均勻性等無法得到保證。另外，如果采用電子輔助增強形核，使單根絲上無法串聯(lián)多個模 具，否則容易在模具的棱角處造成打火燒蝕現(xiàn)象，也限制了其大規(guī)模制備，無法工業(yè)化批量 生產(chǎn)，推廣應用價值不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金剛石涂層拉絲模的批量制備裝置。采用本發(fā)明可以保證反應 室中各個拉絲模內(nèi)孔表面金剛石涂層的質(zhì)量、均勻性、涂層與基體結(jié)合力，以及涂層后的孔 型圓整度。
本發(fā)明的一種金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，包括
一個單絲多模一多絲多模裝配系統(tǒng)；
一套支撐夾具；一個多點分布進氣系統(tǒng)； 一個低壓真空腔；
其連接關(guān)系為，低壓真空腔內(nèi)設(shè)置有單絲多模一多絲多模裝配系統(tǒng)和支撐夾具，其中單 絲多模一多絲多模裝配系統(tǒng)設(shè)置在支撐夾具上面，多點分布進氣系統(tǒng)布置在低壓真空腔壁上。
所述的單絲多模一多絲多模中的熱絲采用垂直方向設(shè)置，垂直方向上設(shè)置的熱絲采用穿 孔直拉鎢絲或鉭絲。
所述的支撐夾具采用環(huán)向均布、均勻冷卻、自動對中方式固定模具。
所述的單絲多模一多絲多模中的模具采用相同或不同外形規(guī)格尺寸的拉絲模具。
所述的拉絲模具的內(nèi)孔尺寸范圍為cD1.5mm O50.0mm。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，關(guān)鍵技術(shù)是在多個拉絲模涂層過程中如何保持熱絲較好的對中性， 同時要求熱絲不被拉斷，以保證模具內(nèi)孔表面各處獲得的熱量和氣體分解物比較一致；另外 是解決反應氣體在反應室中的分布問題，以保持各個模具處的氣體流場分布均勻。最終保持 金剛石涂層的質(zhì)量和均勻性。
本發(fā)明采用的垂直方向直拉熱絲批量制備金剛石涂層拉絲模，由于熱絲在高溫下軟化伸 長，并在重力作用下自然下垂，采用錐形重物將其拉直，再用高溫彈簧緩沖重力，從而使熱 絲在整個涂層過程中始終保持在垂直方向上。
本發(fā)明采用的環(huán)向均布夾具除了固定模具外，夾具間的連動作用使得所夾持模具的軸線 始終位于直拉熱絲位置上，即使同一根熱絲上模具的外形規(guī)格尺寸有差異，亦可保持所有模 具的軸線在一條直線上，另外環(huán)向?qū)ΨQ性分布夾具使模具向外均勻傳熱，結(jié)果是模具內(nèi)孔表 面溫度分布比較一致，因此涂層的質(zhì)量和均勻性能夠在溫度的均勻分布方面得到保證。
本發(fā)明采用多點分布進氣系統(tǒng)批量制備金剛石涂層拉絲模。根據(jù)傳熱學、流體力學等理 論和數(shù)值模擬方法，以及相應的監(jiān)測和檢測手段優(yōu)化氣體在反應室中的分布，除在反應室的 上部布置有氣體入口外，還在反應室的中部布置了相應的氣體入口，而氣體出口位于底部， 這樣在模具所在的區(qū)域形成了比較穩(wěn)定和均勻的反應氣體流場。從而使涂層的質(zhì)量和均勻性
能夠在反應氣體的均勻分布上得到保證。
本發(fā)明采用的垂直方向穿孔直拉熱絲作為氣體激勵源，均勻冷卻、自動對中夾具，多點 分布進氣系統(tǒng)，可保證單根熱絲上能串行排列1 10個模具，同時反應室中并列1 10根熱 絲。
采用本發(fā)明制備的金剛石涂層拉絲?？沙商子糜诤附z、焊條、不銹鋼、冷鐓鋼、銅鋁、 合金鋼、鎢、鉬等線材和管材的拉制，具有使用壽命長、尺寸精度高、線材或管材表面質(zhì)量好等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明的金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置結(jié)構(gòu)俯視圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
圖1所示， 一定數(shù)量的硬質(zhì)合金拉絲?；w4固定在環(huán)向均布、自動對中夾具3中間， 夾具3固定在支架11上，直拉熱絲6沿垂直方向布置，并用錐形重物7拉直，高溫彈簧8緩 沖重力，直拉熱絲6的上端連接電極支架2，下端利用錐形重物7作為電極，并通過柔性銅 線纜10連接到電源1，反應氣體從多點分布進氣系統(tǒng)5進入，從排氣口9排出。 實施例l
基體采用YG6硬質(zhì)合金拉絲模， 一次沉積共14只兩套模具，其中一套外形規(guī)格尺寸為① 16mmX14國的數(shù)量有8個，內(nèi)孔尺寸范圍①2. l ①3. 3ram，允許公差為-0. 02 0mm，另外一 套外形規(guī)格尺寸為①20mmX17mm的數(shù)量有6個，內(nèi)孔尺寸范圍$5. 0 。3. 4mra，允許公差為 -O. 02mm 0. 02mm，所有?？妆砻嫱ㄟ^修模預留涂層厚度和公差，模具經(jīng)表面去污清洗后，置 于Murakami溶液粗化刻蝕，Murakami溶液為鐵氰化鉀和氫氧化鉀的水溶液，其體積比為K3[Fe (CN)]e: KOH: H20 = 1 : 1 : 10，時間30 min。再置于15%的稀硝酸溶液除去基體表面的鈷， 20min后取出，用清水洗去表面殘留的酸，再將模具放入粒度為lum的金剛石微粉懸浮液中 超聲振蕩處理30min，取出后用去離子水和無水酒精清洗，然后置于化學氣相沉積反應室中 的環(huán)向均布夾具上。熱絲采用四根①0.4mm鉭絲，兩根熱絲上各穿過4個外形尺寸①16mraX 14mm的模具，另兩根熱絲各穿過3個外形尺寸O20mmXr7mm的拉絲模具，4根熱絲均用錐形 重物拉直。反應室抽真空后通入反應氣體(H2、 CH4)，調(diào)整反應室壓力后開始化學氣相沉積金 剛石涂層。形核階段工藝參數(shù)為壓力4kPa，反應氣體為CH4和Hs混合氣，總流量1000ml/min， CH4的體積份數(shù)為3X，熱絲溫度約2200'C，時間lh。生長階段工藝參數(shù)為壓力2.5kPa， 反應氣體為CH4、NjnH2混合氣CH4體積份數(shù)為3%,&體積份數(shù)為8%，總氣體流量1000ml/min， 時間7h，得到微細晶粒金剛石涂層，厚度約為15um。該涂層經(jīng)拋光后，表面粗糙度Ra小 于0.05wm。這種涂層拉絲模具成套用于ER-50氣體保護焊絲的拉絲實驗，用以替代原來的 硬質(zhì)合金模具，拉絲產(chǎn)量從原來的30噸增加到2000噸，線材表面質(zhì)量也得到了改善，全過 程節(jié)約50%以上潤滑粉用量。
權(quán)利要求
1. 一種金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，該裝置包括一個單絲多模-多絲多模裝配系統(tǒng)；一套支撐夾具；一個多點分布進氣系統(tǒng)；一個低壓真空腔；其連接關(guān)系為，低壓真空腔內(nèi)設(shè)置有單絲多模-多絲多模裝配系統(tǒng)和支撐夾具，其中單絲多模-多絲多模裝配系統(tǒng)設(shè)置在支撐夾具上面，多點分布進氣系統(tǒng)布置在低壓真空腔壁上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，其特征在于所述的單絲多模 —多絲多模裝配中的熱絲采用垂直方向設(shè)置，熱絲下端設(shè)置有用于拉直的錐形重物，高溫彈 簧緩沖重力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，其特征在于所述的垂直方向 上設(shè)置的熱絲采用穿孔直拉鎢絲或鉭絲。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，其特征在于所述的錐形重物 采用金屬材料作為熱絲垂直方向下端的電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，其特征在于所述的支撐夾具 采用環(huán)向均布、均勻冷卻、自動對中方式固定模具。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，其特征在于所述的單絲 多模一多絲多模中的模具采用相同或不同外形規(guī)格尺寸的拉絲模具。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種金剛石涂層拉絲模具批量制備裝置，其特征在于所述的拉絲 模具的內(nèi)孔尺寸范圍為01.5mm ①50.0mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金剛石涂層拉絲模具的批量制備裝置，該裝置包括單絲多模-多絲多模裝配模具，其中熱絲布置采用垂直方向穿孔直拉熱絲，下端采用錐形重物拉直，高溫彈簧緩沖重力；模具支撐夾具；多點分布進氣系統(tǒng)；低壓真空腔。金剛石薄膜通過熱絲的高溫氣體分解物沉積在拉絲模的工作區(qū)域上形成。采用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸范圍孔徑的金剛石涂層拉絲模的批量制備。制備的金剛石涂層拉絲模具有使用壽命長、加工線材的表面質(zhì)量好、尺寸控制精度高等特點。
文檔編號B21C3/02GK101280422SQ20081004452
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者杰 豐, 何建軍, 偉 劉, 姜蜀寧, 季錫林, 軍 李, 李建國, 李波濤, 軍 梅, 胡東平 申請人:四川中物超硬材料有限公司;中國工程物理研究院總體工程研究所