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Wire & Cable ASIA – March/April 2015
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❍
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
Shanghai Jiaoyou Diamond
Coating Co Ltd
951 Jianchuan Road
Shanghai 200240
China
电话
: +86 215 473 0743
电子邮件
:
judiamond@hotmail.com网址
:
www.judiamond.comShanghai Jiaotong University
800 Dongchuan Road
Shanghai 200240
China
电话
: +86 215 474 0000
网址
:
www.sjtu.edu.cn10%
)，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
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。
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。
6
参考文献
[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