金刚石涂层

金刚石涂层拉拔模具的制备过程：金刚石涂层拉丝模具是以YG6硬质合金模具为基体，经过特殊的表面处理后，用气相沉积方法，在硬质合金拉丝模具基体工作区域表面沉积10—30p,m的多晶金刚石膜。经修整、抛光、镶套后制作成成品，具体过程如图2所示。
(1)准备工作
选择YG6牌号硬质合金模具，坯料孔型和尺寸与所要制备的成品模具相适应，通过内孔研磨修整工艺将模具坯料修整为合适的形状，预留30u m左右的尺寸余量，以配合涂层厚度尺寸。将修整完毕的硬质合金模具进行喷砂处理，去除表面的污染物和疏松层，再使用蒸馏水、酒精在超声波清洗机中清洗。最后将模具在配制好的酸、碱液中进行表面Hale Waihona Puke Baidu蚀处理，并采用蒸馏水、酒精超声波清洗，完毕后将试件装入自制的热丝CVD金刚石沉积设备中。
金刚石涂层的断面和表面SEM照片
实验制作的金刚石涂层由微米晶粒和超细颗粒两层构成，如上图所示，从断面SEM照片可清晰分辨出基体、微米晶粒层和超细颗粒层，涂层表面的SEM照片说明金刚石层表面颗粒平均尺寸约0．1 um，较粗大的微米晶体颗粒构成涂层的支撑，表层的超细颗粒加工后可得到极低的粗糙度。该尺寸金刚石涂层经精密加工后可达极低的表面粗糙度，可以满足高性能拉拔模具的使用要求。
金刚石涂层模具的失效机制
金刚石涂层模具在使用中，由于金刚石涂层的磨损能力极强，大幅度提高了硬质合金拉拔模具的用寿命；但是由于涂层超长时间承受交变应力，作为基体的硬质合金表层以及金刚石涂层与硬质合金界面缺陷将被激发，逐渐演化成为裂纹，造成细观尺度的断裂破坏，产生裂纹，使得金刚石涂层部分脱落暴露的粗糙面使基体材表面划伤导致失效，而不是由于磨损导致尺寸变化过大而失效，与普通的硬质合金模具和聚晶金刚石模具的失效方式有本质区别。
(2)涂层沉积
通人H2和CH4，将热丝加热至2500℃左右，调节气体流量、热丝温度、气压、基体温度等工艺参数，使模具表面沉积厚度约40 um的金刚石膜，制成金刚石涂层拉拔模具。制品可直接使用，也可通过精密修整抛光进一步提高表面质量，从而满足不同使用环境对模具的不同要求。
金刚石涂层性能检测
(1)金刚石涂层的结合力
(2)金刚石涂层颗粒尺寸
拉拔模具的表面粗糙度对其性能极为关键。金刚石涂层是多晶结构，晶体颗粒尺寸越小，加工后的表面粗糙度越低。金刚石涂层应用于石墨加工工具中表明，当晶粒尺寸小于1 um时，加工工件的表面粗糙度R <1um，而普通金刚石涂层加工工件粗糙度R >2．3um，且在使用中有颗粒脱落的现象。本
化学气相沉积法制备金刚石涂层
金刚石是硬度最高的固体物质（HV= 100GPa),性质稳定，耐磨，但却难以加工成各种所需的零件和制品。采用气相沉积法制备金刚石涂层，可以使金刚石性质得以从分利用，同时也节约了成本。下面以金刚石涂层拉拔模具的制备为例，简单介绍化学气相沉积法金刚石涂层的制备方法。
金属线材行业是我国的主要传统产业，而金属线材生产企业重要的易消品就是拉拔模具，其使用方式如图1所示，拉拔模具的性能决定了金属线材的质量、生产效率和生产成本。目前线材行业所用的模具主要为硬质合金模具和聚晶金刚石模具两大类。硬质合金模具寿命短，易粘料，生产效率低；聚晶金刚石模具价格高，制作较大尺寸模具和异形模具非常困难，且韧性较差。本文应用化学气相沉积(chemicMvaperdepsdition，CVD)金刚石涂层技术，制成金刚石涂层拉拔模具，克服了硬质合金拉拔模具不耐磨和聚晶金刚石拉拔模具韧性较差的缺点，成为新一代的拉拔模具。
金刚石涂层与硬质合金基体具备高结合强度是金刚石涂层拉拔使用的基础，如果结合强度不高，在用于高强度线材的拉拔中金刚石涂层会脱落，导致模具失效。制作的金刚石涂层拉拔模具采用金刚石压痕仪测试结合强度。将金刚石压头压入金刚石涂层表面，其结果如图3所示，可见压痕周围未发生金刚石涂层的崩裂和脱落，压坑中心部位金刚石涂层仍牢固结合在硬质合金表面测试中，在1.5kN压力下金刚石涂层破坏，而在传统的金刚石涂层制备工艺中，测试结合力载荷值最高未超过600N，该结果表明本试验中制作的金刚石涂层与硬质合金有着很高的结合强度。