[發明專利]具有Cr-Si-N涂層的熱金屬板材成型或沖壓工具

有效

• 申請號: 201280007669.2
• 申請日: 2012-01-28
• 公開（公告）號: CN103370438A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: A·米勒;M·L·佐比希;C·馬林格
• 申請（專利權）人: 歐瑞康貿易股份公司(特呂巴赫)
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;B21D37/00;B21D26/021
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;李進

近年來，熱金屬板材成型工藝在制備新零件，尤其是汽車零件方面的應用增長很迅速。因此，這些工藝中存在的難題非常有必要值得關注。本發明涉及采用Cr-Si-N涂層體系來保證熱成型工具的使用壽命和性能改進。從而也可以實現對于此類操作中的摩擦水平的良好控制。

現有技術

近年來，高強度的鋼板越來越多地用于制備汽車零件，用于減輕汽車的重量和由此減少環境問題，同時提高碰撞的安全性。許多汽車零件和結構元件能夠通過減少用于制備它們的高強度不銹鋼的厚度而顯著減輕重量。比如在歐洲，一種稱為模具淬火、熱成型、熱沖壓或熱壓的熱金屬板材成型工藝被用于制備強度約1500MPa的汽車結構元件。通過這種方法，加熱鋼板到奧氏體溫度范圍內，即約900℃，然后淬火，鋼板的強度得到提高。加熱的鋼板從加熱爐中取出，傳送到壓床，使用維持在室溫的熱金屬板材成型工具成型成規定形狀，并由此淬火。在成型工件上，壓床保持在下止點，直到整個鋼板充分淬火(Senuma，T.：ISIJ?Int.41，520(2001))。

一般而言，隨著鋼板的強度增加，加工性降低，為了克服這個問題，各種高強度鋼板產品應運而生。例如，出現了具有可控微觀結構或具有Zn-或Al-Zn-或AlSi涂層的高強度鋼板。即使有這些嘗試，當鋼板的強度高達約1500MPa時沖壓型復雜的形狀仍是非常困難的(Senuma，T.：ISIJ?Int.41，520(2001))。

在歐洲已經為此應用開發了一種稱為USIBOR1500(AlSi-涂覆的)的鋁化鋼板產品。它具有優良的熱壓性能和抗腐蝕性能。

然而，雖然金屬鍍覆鋼板具有非常有希望的性能，但由于軟金屬涂層極易粘附到工具表面，它們在成型操作過程中需要很多潤滑劑。在連續幾次成型循環之后，粘附的材料可能會導致在成型產品上產生刮痕并最終導致產生裂紋。該問題通常稱為毛邊。

另外，所需的潤滑可能使車間環境惡化，并且需要不利于健康的脫脂劑來從成型零件上去除潤滑劑。

提高采用鍍覆金屬板材的熱金屬板材成型工藝的現有性能的一種理論是在熱成型鋼板成型工具上施加低摩擦系數/高抗磨性的PVD涂層。在文獻(Claysse，F.等：Wear264(2008)400-404)中獲知了基本上兩種不同類型的PVD涂層：氮化物基涂層(例如CrN和TiAlN)和的固體潤滑劑，如碳或MoS₂基涂層(例如類金剛石碳(DLC)和金屬-MoS₂復合材料)。

另外，Francis?Clarysse等(Claysse，F.等：Wear264(2008)400-404)研究了不同涂層體系尤其設計來測試涂層對毛邊的反應的測試中的性能。他們發現，碳基復合材料層(DLC型和WC/C)在抗毛邊方面具有突出的表現。因此他們建議使用此類的工具涂層而不是典型的硬涂層(如CrN，TiN，CrN/TiCrN)。

提高熱金屬板材成型工具的性能以及由此制備的零件的表面質量的另一理論，是對熱金屬板材成型工具滲氮和滲碳氮，以及在熱成型金屬板的表面上實施其它類型的表面處理，如等離子處理，微結構化等。

然而使用上述方面獲得的更好的熱金屬板成型工具性能，不能充分提高鍍層高強度金屬板的熱金屬板成型鋼板成型工藝的工藝質量。尤其是采用AlSi鍍覆的高強度鋼板，如USIBOR1500，不能有效降低毛邊現象，其仍然是一個問題。

發明目的

本發明的發明目的在于，提供一種熱金屬板成型工具，其具有能夠令人滿意地提高模具壽命和工具性能的涂層。該涂層應提供足夠的抗磨料磨損性，足夠的抗粘著磨損性和足夠的溫度穩定性。最重要地，與現在使用的涂層相比，該涂層應提高抗AlSi-鍍覆的鋼板在熱金屬板成型工藝之后出現毛邊的性能。

發明內容

根據本發明，用CrSiN涂層鍍覆熱成型工具。發明人發現CrSiN涂層能夠顯著提高熱金屬板材成型工藝中所用的熱金屬板材成型工具的服務壽命和性能。

CrSiN涂層目前為止已知被用作干加工工具的保護涂層(JP2005186184)，其中操作需求和壓力的集合完全不同于相應的熱金屬板成型工具，其中一個大問題是例如如上所述的當AlSi鍍覆鋼板用作工件時的毛邊現象。

根據本發明施加的CrSiN涂層具有非常優良的摩擦磨損，優異的溫度穩定性和在熱金屬板成型工具表面的AlSi粘附的出色的降低，因此是對毛邊問題的非常好的解決方法，毛邊問題一般發現在通過熱金屬板成型操作由AlSi鍍層鋼板制備的零件表面。優選在基底上施加涂層厚度在4μm至8μm之間的CrSiN。