[發明專利]一種冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層及其制備方法和性能測試方法

在審

• 申請號: 201610054723.9
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105624623A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 樓白楊;張俠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

1.一種冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層，其特征在于采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備，在冷作模具鋼基體上依次鍍膜Cr粘結層、CrN過渡層及CrMoAlN四元涂層。

2.一種根據權利要求1所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

1）將干燥后的冷作模具鋼基體置于鍍膜機真空室內試樣臺的樣品架上，使用大偏壓和低靶電流對冷作模具鋼基體進行預濺射，所述真空室為圓柱型結構，內設置兩個Cr靶、一個Al靶和一個Cr靶，兩個Cr靶相對放置，Al靶和Cr靶相對放置；

2）調節基體偏壓至-100V，開啟Cr靶并將靶電流設置為4A，沉積金屬Cr粘結層，沉積時間為320-380s，Cr靶為兩個，且相對設置在真空室的兩邊；

3）調整基體偏壓至-80V，通過質量流量閥引入反應氣體氮氣，開始沉積CrN過渡層，沉積時間為450-550s；

4）開啟Al靶和Mo靶，并設定Al靶和Mo靶的靶電流，將電流逐步增加至設定值，此時四個靶全部處于開啟狀態，開始沉積CrMoAlN四元涂層，沉積時間7200s。

3.根據權利要求2所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的制備方法，其特征在于步驟1）中預濺射過程為:將鍍膜室抽真空后通入氬氣，將試樣臺轉速設為3-5rpm，基體偏壓為-450V，靶電流設為0.3A，對冷作模具鋼基體表面進行Ar⁺等離子體清洗，清洗時間為20-40min。

4.根據權利要求3所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的制備方法，其特征在于步驟1）中真空度為2.0×10^-6Torr，氬氣流量為25sccm，清洗時間為30min。

5.根據權利要求2所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的制備方法，其特征在于步驟2）中沉積時間為360s，步驟3）中沉積時間為500s。

6.根據權利要求2所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的制備方法，其特征在于步驟4）中Al靶電流為6A，Mo靶的電流分別為0.5A、2A和4A，得到三種不同Mo含量的CrMoAlN涂層。

7.根據權利要求2所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的制備方法，其特征在于所述氮氣為反應氣體，氬氣為工作氣體，純度均為99.999%。

8.一種根據權利要求1所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的測試方法，其特征在于CrMoAlN涂層形貌和組織、成分測試方法如下：用∑IGMA型場發射掃描電子顯微鏡來觀察涂層表面及橫截面形貌，其中斷口的觀察需要將鍍膜后的試樣進行特殊處理，其試樣制備方法為，將試樣用線切割的方法從未鍍膜的表面切到鍍膜的表面，不能切斷，然后將試樣用丙酮超聲波清洗干凈并且干燥后放入液氮中淬冷掰斷，最后放入電鏡下觀察斷面形貌。

9.一種根據權利要求1所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的測試方法，其特征在于用X’PertPRO型X射線衍射儀并結合X射線光電子能譜分析涂層由主要由(Cr,Al,Mo)N，Cr₂N，Mo₂N組成；采用EDS面掃描分析涂層中的元素含量，用探針輪廓儀測得的三種涂層的表面粗糙度分別為8.42nm,13.73nm和10.24nm。

10.一種根據權利要求1所述的冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層的測試方法，其特征在于CrMoAlN涂層抗摩擦磨損性能測試如下：

采用HT-600型高溫摩擦磨損試驗機，在空氣相對濕度為45-55%，無潤滑劑的條件下將高溫爐內的試樣溫度加熱到設定值，通過加載機構加上試驗所需載荷，驅動樣品盤上的試塊轉動，使其與對偶面進行滑動摩擦，實驗所加載荷為10N，轉速為500r/min，實驗溫度分別為RT、100℃、200℃和300℃，其摩擦對偶件材料是硬度約為90HRA的鎢鋼球，其直徑為4mm。