常规金刚石薄膜涂层模具的制备及应用技术

以5.5.1节设计的无芯头拉管模为例，采用自行研制的HFCVD设备在其内孔表面沉积金刚石薄膜。沉积之前，采用酸碱两步法对模具内表面进行预处理。沉积过程中所用绞丝和沉积参数如表6-1所示。经过7.5 h的沉积过程，在硬质合金模具的内孔表面成功制备出完整的金刚石薄膜。对模具内孔进行粗抛之后，继续精抛半小时，再进行修椭圆度的工序，即可完成金刚石薄膜涂层模具的制备。将制备所得的金刚石薄膜涂层无芯头拉管模具使用SEM对其进行表征，观测所得的涂层照片如图6-1所示，放大倍数为1 000倍。

表6-1　CVD金刚石薄膜沉积参数

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图6-1　无芯头拉管模具表面金刚石薄膜S犈M照片（a）表面形貌及（b）截面形貌

CVD金刚石薄膜涂层无芯头拉管模具在低碳钢管拉拔现场进行了应用实验，表现出良好的应用效果，产品质量和拉拔模具寿命得到极大的提高。生产现场如图6-2所示。经实际测量，拉拔后的管材的直径为12.589 mm，管材的合格范围为12.58～12.62 mm，因此，优化设计并沉积金刚石薄膜的无芯头拉管模具完全符合低碳钢管尺寸的要求。同时，在同样的生产条件下，硬质合金模具生产的低碳钢管的产量为40 t，而金刚石薄膜涂层模具的产量为500 t。因此，同硬质合金模具相比，金刚石薄膜涂层模具的产量提高了12倍以上。在大幅度提高拉拔模具寿命的同时，使用金刚石薄膜涂层模具生产的管材的表面光洁度和尺寸精度的稳定性也得到了提高，减少了模具库存及管理的费用，对金刚石薄膜涂层无芯头拉管模具的推广应用具有十分重要的意义。

图6-2　低碳钢管无芯头拉拔生产现场