一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的装置及方法

摘要

本发明公开了一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的装置及方法，所述装置包括真空室，真空室内设置有隔板，隔板将真空室分为上腔室和下腔室；上腔室顶部设置有进气孔，进气孔内设置有正极体和负极体，下腔室底部设置有出气通道，出气通道外侧设置有磁环；隔板中部设置有通孔，通孔上端放置有样品台，样品台均匀设置若干放置拉丝模具的模具孔；还包括旁路管，旁路管设置于真空室一侧、两端分别与上腔室和下腔室连通，旁路管中部安装有比例阀；本发明实现微小孔径拉丝模具的批量生产，生产效率高、质量好，解决了微小孔径（直径小于0.5mm）拉丝模具无法批量涂层或涂层质量不佳的问题。

说明书

技术领域

本发明属于金刚石拉丝模具生产技术领域，特别涉及一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的装置及方法。

背景技术

拉丝模具是指被加工材料穿过模具内孔，经过一定的压缩，使其获得所要求的形状和尺寸的压力加工工具，拉丝模具内壁要求具有耐磨、低摩擦系数等性能。根据不同的应用，拉丝模具的内孔具有多种尺寸和形状，直径可以从十几微米到几百毫米。CVD金刚石薄膜因具有天然金刚石的高硬度、高热导率、低摩擦系数和很强的耐磨性等诸多优异的性能，而被誉为最具有发展前途的涂层材料。金刚石涂层拉丝模具是将CVD金刚石涂层沉积到拉丝模具内孔表面，使之具有很强的耐磨性能和较低的摩擦系数，来提高拉丝模具的使用寿命和拉拔线材的质量。

拉丝模具内孔沉积金刚石涂层常用的制备方法有热丝CVD法和直流喷射法。

热丝法的穿丝方式无法保证涂层后模具的真圆度，因热丝不容易对中；热丝法无法实现微小孔径拉丝模具的涂层，因需要穿丝，常规热丝直径在0.3mm以上，无法做到0.1mm孔径模具的涂层，热丝根本无法穿入；其他利用热丝法的非穿丝方式中，热丝分解的能量低，通过模具的等离子体量少，无法有效沉积金刚石涂层或涂层质量不佳，达不到使用要求；热丝法生长速度较慢，不超过0.03mm/h；热丝法无法在装置内对模具进行还原处理。

传统直流喷射法为单腔体结构，流动方向不易控制，生产效率低，质量差；传统喷射法工艺只能制备直径2mm以上的拉丝模涂层；传统喷射法单次只能生长单支模具。

发明内容

本发明之目的在于提供一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的装置及方法，实现微小孔径拉丝模具的批量生产，生产效率高、质量好，解决了微小孔径（直径小于0.5mm）拉丝模具无法批量涂层或涂层质量不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的装置，包括真空室，所述真空室内设置有隔板，隔板将真空室分为上腔室和下腔室；上腔室顶部设置有进气孔，进气孔内设置有正极体和负极体，正极体接直流电源的正极、负极体接直流电源的负极；下腔室底部设置有出气通道，出气通道外侧设置有磁环；隔板中部设置有通孔，通孔上端放置有样品台，样品台均匀设置若干放置拉丝模具的模具孔；还包括旁路管，旁路管设置于真空室一侧、两端分别与上腔室和下腔室连通，旁路管中部安装有比例阀。

优选的，所述通孔和样品台均为圆形；样品台外环侧设置有环形凸起；环形凸起的外径大于通孔的内径。

优选的，所述模具孔的竖直截面为T形。

优选的，所述样品台的模具孔的数量不少于50个。

本发明还提供一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的方法，所述方法使用所述装置；所述方法将代加工的拉丝模具放置在样品台的模具孔内，将样品台放置到真空室内隔板的通孔上端；从进气孔通入气体，正极体接直流电源的正极、负极体接直流电源的负极，气体被分解为等离子体，喷射到样品台的拉丝模具上；比例阀控制上腔室和下腔室的压力差，上腔室压力大于下腔室的压力，等离子体穿过拉丝模具中孔流到下腔室，在拉丝模具中孔内壁制备出金刚石涂层；下腔室底部出气通道外侧的磁环吸引等离子体。

优选的，所述样品台放置之后、通入气体之前先通入氩气和氢气的混合物。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明样品台直径大于150mm，通过合理布局，可一次性放置形状12*8拉丝模具50支以上，实现拉丝模具批量制备；本发明先通入氩气和氢气，对拉丝模具表面进行一定深度的还原，以提高涂层和基体的附着力；本发明底部的磁环会对等离子体有一定的吸引作用，以加强等离子体从拉丝模具中孔内的通过，并提高金刚石涂层生长速度；本发明通过上下腔室压差和磁环等的综合作用，涂层生长速度可达0.05mm每小时，单次涂层时间在2小时以内；利用本装置及方法可以实现直径0.8mm以下拉丝模具的批量生产，涂层后最小孔径可达0.1mm（目前市面最小孔径）；本发明解决了微小孔径（直径小于0.5mm）拉丝模具无法批量涂层或涂层质量不佳的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的样品台的示意图。

图中：1、真空室，2、隔板，3、上腔室，4、下腔室，5、进气孔，6、正极体，7、负极体，8、出气通道，9、磁环，10、通孔，11、样品台，12、旁路管，13、比例阀，111、模具孔，14、拉丝模具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和2，本实施例提供一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的装置，包括真空室1，所述真空室1内设置有隔板2，隔板2将真空室1分为上腔室3和下腔室4；上腔室3顶部设置有进气孔5，进气孔5内设置有正极体6和负极体7，正极体6接直流电源的正极、负极体7接直流电源的负极；下腔室4底部设置有出气通道8，出气通道8外侧设置有磁环9；隔板2中部设置有通孔10，通孔10上端放置有样品台11，样品台11均匀设置若干放置拉丝模具14的模具孔111；还包括旁路管12，旁路管12设置于真空室1一侧、两端分别与上腔室3和下腔室4连通，旁路管12中部安装有比例阀13。

本实施例中，所述通孔10和样品台11均为圆形；样品台11外环侧设置有环形凸起；环形凸起的外径大于通孔10的内径。

本实施例中，所述模具孔111的竖直截面为T形。

本实施例中，所述样品台11的模具孔111的数量不少于50个。

本实施例还提供一种利用直流电弧等离子体批量制备微孔金刚石涂层拉丝模具的方法，所述方法使用所述装置；所述方法将代加工的拉丝模具14放置在样品台11的模具孔111内，将样品台11放置到真空室1内隔板2的通孔10上端；从进气孔5通入气体（氩气、氢气、甲烷的混合物），正极体6接直流电源的正极、负极体7接直流电源的负极，气体被分解为等离子体，喷射到样品台11的拉丝模具14上；比例阀13控制上腔室3和下腔室4的压力差，上腔室3压力大于下腔室4的压力，等离子体穿过拉丝模具14中孔流到下腔室，在拉丝模具14中孔内壁制备出金刚石涂层；下腔室4底部出气通道8外侧的磁环9吸引等离子体。

本实施例中，所述样品台11放置之后、通入气体之前先通入氩气和氢气的混合物。

本发明样品台11直径大于150mm，通过合理布局，可一次性放置形状12*8拉丝模具14达50支以上，实现拉丝模具14批量制备；本发明先通入氩气和氢气，对拉丝模具14表面进行一定深度的还原，以提高涂层和基体的附着力；本发明底部的磁环9会对等离子体有一定的吸引作用，以加强等离子体从拉丝模具14中孔内的通过，并提高金刚石涂层生长速度；本发明通过上下腔室压差和磁环9等的综合作用，涂层生长速度可达0.05mm每小时，单次涂层时间在2小时以内；利用本装置及方法可以实现直径0.8mm以下拉丝模具14的批量生产，涂层后最小孔径可达0.1mm（目前市面最小孔径）；本发明解决了微小孔径（直径小于0.5mm）拉丝模具无法批量涂层或涂层质量不佳的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。