WCA March 2015

成磨屑等)的问题。相形之下，由于高度化学惰性和金刚石涂 层极低的磨损率，使用纳米模具的工艺完全不用担心这些问 题。 图 5 展示了在中国浙江某客户的生产线上，使用纳米模具进行 铝塑复合管拉拔进程中的水润滑的应用以及铝产品的最终外 观。这种方法为客户节省了大量润滑油、配套恒温清洗设备 和其他工序的成本，显著减少了环境污染。他们生产的铝塑 复合管更稳定，直径更为精确，光洁度比之前采用硬质合金 模具和油基润滑系统生产的任何产品光洁度都要好。

10% )，显著提高生产率。由于纳米模具的金刚石涂层和铝 导线的摩擦系数如此之小(约仅为 0.09 )，使用纳米模具可以 明显提高拉拔出的产品的表面光洁度，避免拉拔模具上铝表 面拉毛。纳米模具金刚石涂层的超强耐磨性赋予线径的持续 性，可节省多达 1~2% 的金属原材料。此外，纳米模具在高速 导线拉拔中非常受欢迎，且高度契合环境友好的“非酸洗” 导线拉拔程序。 4.2 从水润滑应用角度看使用纳米模具进行铝导线和同轴电 缆/铝塑复合管拉拔 本文研究的纳米模具还有另外一个关键优点，便是润滑方法 的转变，不仅能直接节省成本，还是一种最具有吸引力的绿 色元素。大部分使用硬质合金模具的生产线采用油基润滑剂 来冷却模具，减少模具还原区和侧向区的摩擦。另一方面考 虑铝产品的光洁度。硬质合金模具需要用油基润滑剂，以便 获得满意的表面光洁度。然而，油基润滑系统也带来许多隐 患。例如，润滑剂成本很高，需要昂贵的附属设备，产生石 油资源浪费(在油基润滑剂生产过程中)。此外，油基润滑剂 将污染物带进车间(烟、化学微粒和微生物)，并且回收铝屑 的难度很高。对拉拔客户来说，后两个因素是很大的问题， 尤其是铝屑循环问题。 使用纳米模具来生产同轴电缆和铝塑复合管时，可以成功引 入一种水基润滑系统来替代传统油基润滑系统。这在中国近 年来的生产中越来越受欢迎 [5][6] 。 纳米模具的纳米金刚石涂层薄膜中独特的 sp 2 杂化碳结构是成 功的直接原因。它不仅带来和铝接触界面很低的摩擦率(良好 的自润滑性，类似于一些类石墨结构)，而且在水基润滑(相 对普通多晶涂层)中有更好的润滑膜润湿效果。使用水基系统 时，普通硬质合金模具也会遇到严重氧化腐蚀和粘着磨损(形

同样的故事亦在中国多种铝线拉拔应用中反复上演。纳米模 具因其水润滑的环保特性受到广大中国制造商的欢迎。

5 结论 碳化钨拉拔模具( YG6 )内表面上采用热丝化学气象沉积来生 长纳米金刚石复合涂层。根据扫描电子显微镜( SEM )和拉曼 光谱结果分析，纳米金刚石涂层也包含很大一部分粒度小到 约 50 纳米的有益多晶金刚石结构和大量晶界。这些涂层具有 良好的耐磨性、光洁度和低铝摩擦率。 纳米模具在铝线和管材(同轴电缆或铝塑复合管)拉拔过程中 的应用不仅能够显著延长拉拔模具的工作寿命(硬质合金模具 的 10~25 倍)，大大减少切换时间，提高生产率，而且能够保 证线径的基本稳定，提高拉拔产品的质量和光洁度，节省可 观数量的原材料。除此之外，纳米模具非常适合高速导线拉 拔。特别地，使用纳米模具生产铝同轴电缆、铝塑复合管和 铝导线时，可以采用水润滑系统替代传统油基润滑系统，能 够带来直接经济效益，减少环境污染，实践绿色生产工艺。 [1] Dieler M Gruen, ‘Nanocrystalline diamond films’, Annu Rev Mater Sci 1999, 29: 211~259 [2] Sun Fanghong, Zhang Zhiming, Guo Songshou, Shen Hesheng et al, ‘Industrialisation of CVD Diamond Films: Diamond coated drawing dies and cutting tools,’ Bilateral Chinese-Russian scientific seminar (Hangzhou), 27 th -29 th December 2010 [3] Zhang Zhiming, He Xianchang, Shen Hesheng, Sun Fanghong, et al, ‘Pre-treatment for diamond coatings on free-shape WC-Co tools,’ Diamond and Related Materials, 2000, 9:1749~1752 [4] Zhang Zhiming, He Xianchang, Shen Hesheng, Sun Fanghong, et al, ‘Fabrication and application of chemical vapour deposition diamond-coated drawing dies,’ Diamond and Related Materials, 2001,10:33~38 [5] Li Zhenquan, Zhou Yan, Liu Yang, et al, ‘Application of nanocrystalline diamond composite coating compacting dies,’ Electric Wire & Cable (Chinese), 2005, 2:46~48 [6] Guo Songshou, Zhang Zhiming, Shen Hesheng, Sun Fanghong, et al, ‘Characterisation and Application of Nanocrystalline Diamond-coated Welding and Drawing Dies,’ Optical Fiber & Electric Cable (Chinese), 2007, 1: 9~12 6 参考文献

❍ ❍ 图 5 : 水润滑在采用纳米模具进行铝塑复合管拉拔过程中的应用及 铝产品的外观

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