[發明專利]一種新型復合多層結構保護性涂層及其制備方法

無效

• 申請號: 201410274155.4
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104002512A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 賀鵬
• 申請（專利權）人: 賀鵬
• 主分類號: B32B5/14
• 分類號: B32B5/14;B32B15/04;B32B9/04;B22D17/22;C23C14/22;C23C16/513
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技術領域

本發明涉及一種新型抗腐蝕、耐磨的多層復合膜，在模具(含壓鑄模具)、刀具、泵體、閥芯、耐磨無油軸承環和滾珠、以及紡織機械零件的纖維切斷刀、繞線輥、壓縮滾筒等特殊表面保護的應用，屬于新材料領域。

背景技術

金屬(主要是鋁及鋁合金)壓鑄工藝以其優良的尺寸精度，不需要或很少需要后續加工已經逐步取代傳統的加工工藝(如沙模鑄造)而被汽車，手機等行業廣泛應用。

對于金屬壓鑄工藝，模具質量對產品質量起著至關重要的作用。在壓鑄過程中，模具需要承受高溫高壓，而且經受大量的冷熱循環，所以對模具材料要求很高，世界上發達國家都采用優質H13鋼或者其他高性能模具鋼，因此此類模具非常昂貴，根據統計數據，模具成本占到了本工藝成本的10～15％。因此提高模具的使用壽命，防止因腐蝕造成的模具表面損傷，不僅可以有效的提高產品質量，而且可以大幅減少成本。

對于壓鑄模具來說，其失效主要有以下幾個原因：(1)高溫(650～700℃)高壓下，熔融鋁侵蝕模具金屬表面；(2)熔融鋁擴散進入模具金屬從而腐蝕模具；(3)更為嚴重的是熔融鋁和模具金屬形成鋁鐵合金而焊接在一起，導致無法脫模。這些情況都會嚴重降低模具的使用壽命，降低模具的表面質量，從而導致產品質量下降，甚至導致模具的失效，造成工廠停工。

為了提高壓鑄模具的品質，常見的方法包括使用特種合金鋼，模具表面滲硼，滲氮，但是這些方法都不是十分有效。使用特種合金鋼大幅增加模具成本，而且壽命增加有限；表面滲硼，滲氮都會使模具表面脆性增加，無法有效提高模具壽命。

發明內容

為了解決熔融鋁合金對壓鑄模具的腐蝕而引發的模具失效問題，本發明提供了一種新型的復合多層結構的高性能保護性涂層，通過對涂層材料以及多層結構的設計，此涂層可大幅減小熔融鋁在模具表面的附著，防止熔融鋁的擴散，阻止焊接的發生。此涂層可減小脫模的難度，提高模具產品的質量，而且可提高模具壽命4～5倍以上。

本發明提供的一種新型復合多層結構保護性涂層，包括多層結構，以靠近模具方向為內，由內到外依次為最內層、過渡層、金屬層、中間過渡層、陶瓷層；所述的最內層用以提高涂層與模具的結合力；所述的過渡層為介于金屬與陶瓷之間的材料，由金屬逐步變為陶瓷；所述的中間過渡層，由陶瓷層與金屬層交替組合而成，實際層數為2或4或6層，其結構由內到外依次為陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層；該復合多層結構保護性涂層的總層數為6或8或10層，每層厚度在100～500nm之間。

所述的最內層和金屬層均為鋯、鉿、鉭、鎢、鈦、釩、鉻、錳、鎳、鉬中的一種，通過過濾離子鍍的方法制備而成；

所述的陶瓷層為碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物中的一種或任意組合，進一步地優選方案為HfB₂、SiC、TiN、CrN、TiAlN、TiSiN、BC、SiAlON、SiCN、WC、MoSi₂中的一種或任意組合，通過過濾離子鍍的方法和等離子增強化學沉積相結合的方法制備而成；

所述的各層厚度以及材料選擇主要根據模具本身材料膨脹系數，以及模具所用材料來調整。

本發明還提供一種新型復合多層結構保護性涂層的制備方法，該方法包括如下步驟：

(1)壓鑄模具預處理

將加工好的壓鑄模具的表面拋光后，進行除油清理，然后水沖洗后吹干備用；

(2)工裝卡具

為了保證涂層的均一性，把模具安放在專用卡具上，充分旋轉；

(3)加熱和表面等離子清洗

為了保證涂層和模具之間的結合力，把模具加熱到250～400℃，在等離子的轟擊下進一步清洗；

(4)涂層的制備

最內層、過渡層、金屬層、中間過渡層和陶瓷層按照預先設定的成分、厚度以及順序沉積到模具表面，制得本發明一種新型復合多層結構保護性涂層。

通過上述步驟制得的涂層，經刮痕試驗測得，其與模具的結合力可達100N以上，確保了保護性涂層與模具之間的完美結合。另外，在靜態測試(無冷熱循環)以及動態測試(快速冷熱循環)中，溫度690℃，使用涂層后，腐蝕造成的材料質量損失都遠遠小于無涂層的對比樣品。使用本涂層后，材料損失是無涂層的2％，可提高模具壽命4～5倍以上。