WCA March 2015

水润滑在采用纳米模具进行 导线和同轴电缆拉拔加工中 的应用

作者：上海交友钻石涂层有限公司张文华、郭松寿、张志明、沈荷生以及中国上海交通大学沈彬、孙方宏和王新昌

摘要

硬质合金拉拔模具生产经济，孔径范围广(从 0.4 至 60 毫米甚 至更大)，用途广泛(由于其成本低)，但是它们也有工作寿命 短(容易磨损和很快丧失耐性)的严重缺陷，导致产品质量低 下，材料(如铜和铝)浪费严重，这在批量生产中是不可接受 的。 随着化学气相沉积金刚石薄膜的发展，解决这两个问题的 方法应运而生。金刚石膜的合成法和特性已经引起了广泛 的研究兴趣 [1] ，而且这种耐磨薄膜可以很容易地应用于拉 拔模具。硬质合金拉拔模具内孔表面的热丝化学气象沉积 ( HFCVD )金刚石薄膜效果尤其佳，不但具有传统金刚石拉 拔模具的优点，而且在关键方面性能更好，比如，超高硬度 ( 70-100 京帕)，很低的摩擦系数( ~0.1 )，很高的热传导系数 ( 8~20W/cm·K )以及化学惰性。值得注意的是，热丝化学气 象沉积技术对大孔径表现出巨大的经济优势，而传统金刚石 模具在这方面的经济性能相对较弱。特别是在大到 Ø60 毫米 孔径的铜和铝电力电缆的压制应用方面，纳米模具替代硬质 合金模具和多晶金刚石模具获得了极大成功。 热丝化学气象沉积的重要优点之一在于生产的金刚石膜粗糙 度很低。而这对传统多晶金刚石表膜是一项很大的挑战。由 于传统化学气象沉积工艺生成的合成金刚石薄膜为多晶的， 粒度大，导致表面非常粗糙，使得金刚石的表面能很高。又 因为金刚石是已知的最硬的材料，采用抛光方法既困难又耗 时，尤其对于薄型金刚石膜更是如此。金刚石薄膜越粗糙， 摩擦系数越高。表面粗糙的金刚石薄膜不适合很多种应用，

这是一种非常有效的新型线材拉丝、电缆压制和管材拉拔模 具，在某些特殊应用领域具有超越多晶金刚石和硬质合金模 具的鲜明优势。本文介绍了模具（纳米模具）使用的纳米金 刚石复合涂层技术，并探讨了该技术在铝线拉丝和同轴电缆 拉拔方面的应用。使用纳米模具的益处包括：性价比显著提 高、表面光洁度提升、生产效率提高，以及采用一种最具有 吸引力的绿色元素——水润滑。 1 引言 在电缆行业和金属线管行业中涉及多种铝拉拔加工，包括铝 线、铜包铝线( CCA )、漆包铝线、铝同轴电缆和铝塑复合 管。这些应用中的一个关键因素是准备一种适合铝拉拔的拉 拔模具，该模具应该能够提高生产效率和产品质量。 这些应用使用的传统拉拔模具包括硬质合金(碳化钨-钴)拉拔 模具以及几种金刚石拉拔模具，比如单晶金刚石和多晶金刚 石( PCD )拉拔模具。尽管金刚石拉拔模具具有硬度高、耐磨 性好、摩擦系数小和热导性能强的优点，常用的大孔径金刚 石拉拔模具的制造成本高，仍然不可能使其购买价格低到令 人容易接受或有吸引力的程度。此外，这些类型的模具拉丝 时很容易破损，尤其是在高速和采用高强度材料的情况下。

❍ ❍ 图 1 : 用于纳米金刚石复合涂层拉拔模的偏压增强热丝化学气相沉积制备设备的外观图解

1 灯丝电源

2 直流电源

3 电极支架

4 反应气体入口

5 拉拔模具

6 热丝

7 支架

8 高温弹簧

9 气体出口

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Wire & Cable ASIA – March/April 2015