[發(fā)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(cè)試方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610054723.9
• 申請(qǐng)日: 2016-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN105624623A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樓白楊;張俠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層及其制備方法和性能測(cè)試方法。

背景技術(shù)

目前我國家用電器約80%的零件依靠模具加工,機(jī)電工業(yè)中約70%的零件采用模具成形。模具性能的好壞、壽命的長短直接影響模具的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，因此對(duì)模具制造提出了更高的要求。模具失效往往始于模具的表面，表面性能的優(yōu)劣直接影響到模具的使用及壽命。而模具對(duì)表面和心部的性能要求是不同的，很難通過更換材料或模具的整體熱處理來達(dá)到這樣的性能要求。采用不同的表面處理技術(shù)，可提高模具的表面性能，使模具擁有強(qiáng)韌的心部、耐磨耐蝕的表面，使模具壽命提高幾倍甚至幾十倍。表面工程中的PVD涂層技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛同時(shí)也是最有價(jià)值的一類表面技術(shù)。PVD中的磁控濺射技術(shù)所獲得的硬質(zhì)膜層具有高硬度，膜/基結(jié)合力好，耐磨減磨，耐熱、耐腐蝕性能好，涂層顆粒致密均勻，表面光潔等優(yōu)點(diǎn)，可很好的改善模具的使用性能，提高其使用壽命。硬質(zhì)涂層的發(fā)展從化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)制備TiN開始，經(jīng)歷了物理氣相沉積技術(shù)的出現(xiàn)，TiAlN涂層的廣泛應(yīng)用，直至如今的AlTiN，CrAlN，TiAlSiN，金剛石等一系列新型涂層的誕生和應(yīng)用，已呈獻(xiàn)百花齊放的態(tài)勢(shì)。最近，CrAlN涂層已經(jīng)報(bào)道表現(xiàn)出比TiAlN有著更高的抗氧化性。此外，MoN涂層顯示出低的摩擦系數(shù)是因?yàn)槟Σ吝^程中形成了固體潤滑劑氧化鉬。

MoN涂層被認(rèn)為是減磨應(yīng)用領(lǐng)域比較好的替代材料。很多學(xué)者將Mo作為第三元素添加到CrN、AlN等氮化物涂層中去，但是很少有學(xué)者將CrAlN和MoAlN結(jié)合起來去研究四元涂層CrMoAlN是否具有二者的優(yōu)勢(shì)，以獲得綜合性能較好的涂層。因此本研究創(chuàng)造性地將四種元素結(jié)合起來用非平衡磁控濺射技術(shù)在冷作模具鋼表面鍍上CrMoAlN四元涂層，我們預(yù)想獲得具有耐磨性好并且耐高溫等一系列優(yōu)秀性能的四元薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高Cr12冷作模具鋼的抗磨損性能性能，利用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備在其表面沉積了一層CrMoAlN多元涂層，本發(fā)明提供了CrMoAlN涂層的制備方法及RT-300℃抗高溫摩擦磨損性能測(cè)試方法。本發(fā)明所用的摩擦磨損設(shè)備為HT-600型高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，球盤摩擦副中所用的對(duì)磨球的直徑為φ4mm，材質(zhì)為WC-Co硬質(zhì)合金（硬度2000HV）。本文的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)是在空氣相對(duì)濕度約為50%，無潤滑劑的條件下進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)所加載荷為10N，轉(zhuǎn)速為500r/min，實(shí)驗(yàn)溫度分別為RT、100℃、200℃、300℃。

所述的一種冷作模具鋼基體上的CrMoAlN涂層，其特征在于采用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備，在冷作模具鋼基體上依次鍍膜Cr粘結(jié)層、CrN過渡層及CrMoAlN四元涂層。

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(jī)真空室內(nèi)試樣臺(tái)的樣品架上，使用大偏壓和低靶電流對(duì)冷作模具鋼基體進(jìn)行預(yù)濺射，所述真空室為圓柱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)置兩個(gè)Cr靶、一個(gè)Al靶和一個(gè)Cr靶，兩個(gè)Cr靶相對(duì)放置，Al靶和Cr靶相對(duì)放置；

2）調(diào)節(jié)基體偏壓至-100V，開啟Cr靶并將靶電流設(shè)置為4A，沉積金屬Cr粘結(jié)層，沉積時(shí)間為320-380s，Cr靶為兩個(gè)，且相對(duì)設(shè)置在真空室的兩邊；

3）調(diào)整基體偏壓至-80V，通過質(zhì)量流量閥引入反應(yīng)氣體氮?dú)猓_始沉積CrN過渡層，沉積時(shí)間為450-550s；

4）開啟Al靶和Mo靶，并設(shè)定Al靶和Mo靶的靶電流，將電流逐步增加至設(shè)定值，此時(shí)四個(gè)靶全部處于開啟狀態(tài)，開始沉積CrMoAlN四元涂層，沉積時(shí)間7200s。

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(yù)濺射過程為:將鍍膜室抽真空后通入氬氣，將試樣臺(tái)轉(zhuǎn)速設(shè)為3-5rpm，基體偏壓為-450V，靶電流設(shè)為0.3A，對(duì)冷作模具鋼基體表面進(jìn)行Ar⁺等離子體清洗，清洗時(shí)間為20-40min。

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(shí)間為30min。

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(shí)間為360s，步驟3）中沉積時(shí)間為500s。