[發(fā)明專利]一種納米復(fù)合陶瓷涂層、壓鑄模具及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710205211.2
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106929849B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明南;夏原;高方圓;李光
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林省力科科技有限公司;中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;B22C3/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙) 22210
• 代理人: 陶尊新

本發(fā)明提供一種納米復(fù)合陶瓷涂層、壓鑄模具及其制備方法，屬于涂層及壓鑄模具制備技術(shù)領(lǐng)域。解決現(xiàn)有的壓鑄模具性能差且壽命低的問題。該納米復(fù)合陶瓷涂層包括Cr金屬結(jié)合層、在Cr結(jié)合層上設(shè)置的CrN過渡層、在CrN過渡層上設(shè)置的支撐層、在支撐層上設(shè)置的功能層；所述的支撐層為梯度結(jié)構(gòu)的納米周期性TiSiN?CrAlN結(jié)構(gòu)涂層；功能層為納米復(fù)合的TiCrAlSiN結(jié)構(gòu)涂層。本發(fā)明還提供包括上述復(fù)合陶瓷涂層制備得到的壓鑄模具。本發(fā)明還提供一種壓鑄模具的制備方法。本發(fā)明的陶瓷涂層具有超過70N的結(jié)合力，小于0.15Gpa的內(nèi)應(yīng)力，高于35GPa的硬度，使用壽命是普通壓鑄模具使用壽命的3倍以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于涂層及壓鑄模具制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米復(fù)合陶瓷涂層、壓鑄模具及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鑄造業(yè)迎來了一個新的發(fā)展時期，同時也對壓鑄模具的機(jī)械性能提出了更高的要求。在各種模具中，壓鑄模具是要求最高，工作環(huán)境最惡劣的。由于長時間與高溫熔融金屬液接觸，因此壓鑄模具在實際生產(chǎn)中，經(jīng)常在模具壽命終結(jié)前就造成早期失效。

為避免壓鑄模具失效，要求模具表面具有高硬度、耐熱蝕、抗粘結(jié)、抗沖擊等性能。由于模具制造加工周期很長、加工費用高，模具質(zhì)量和壽命直接影響生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量、精密程度、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，因此如何進(jìn)一步提高和改善壓鑄模具的表面性能就成為一個迫切需要解決的問題。

因此近年來，各種壓鑄模具的表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，物理氣相沉積技術(shù)在金屬材料表面制造硬質(zhì)陶瓷涂層是近年來研究的熱點。主要有電弧離子鍍和磁控濺射這兩種方法，常用的涂層材料有TiN、CrN、TiAlN等，但是這類涂層在硬度、耐磨性及韌性方面與高性能還有較大差距，在大規(guī)模生產(chǎn)中對提升壓鑄模具的使用壽命方面，還存在許多技術(shù)難題有待解決，主要包括涂層的本體強度，以及膜基結(jié)合力等。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有的壓鑄模具易產(chǎn)生熱疲勞失效、碎裂失效、溶蝕失效且壽命低的問題，而提供一種納米復(fù)合陶瓷涂層、壓鑄模具及其制備方法。

本發(fā)明首先提供一種納米復(fù)合陶瓷涂層，包括Cr金屬結(jié)合層、在Cr結(jié)合層上設(shè)置的CrN過渡層、在CrN過渡層上設(shè)置的支撐層、在支撐層上設(shè)置的功能層；

所述的支撐層為梯度結(jié)構(gòu)的納米周期性TiSiN-CrAlN結(jié)構(gòu)涂層；

所述的功能層為納米復(fù)合的TiCrAlSiN結(jié)構(gòu)涂層。

優(yōu)選的是，所述的Cr金屬結(jié)合層的厚度為100-200nm；CrN過渡層的厚度為200-600nm；功能層的厚度為2-4μm。

優(yōu)選的是，所述的支撐層的厚度為400-800nm。

優(yōu)選的是，所述的梯度結(jié)構(gòu)的納米周期性TiSiN-CrAlN結(jié)構(gòu)涂層是由TiSiN層到CrAlN層為一個循環(huán)周期的多周期涂層，一個循環(huán)周期的涂層厚度為30-60nm。

優(yōu)選的是，所述的梯度結(jié)構(gòu)的納米周期性TiSiN-CrAlN結(jié)構(gòu)涂層中，Si元素的含量逐漸增加，Al元素含量逐漸減小，其中，Si原子百分比為6-12at.％，Al原子百分比為40-20at.％。

優(yōu)選的是，所述的納米復(fù)合TiCrAlSiN功能層中，各原子百分比為：18-25at.％Ti，10-20at.％Cr、15-20at.％Al、6-12at.％Si、40-49at.％N。

本發(fā)明還提供一種壓鑄模具，所述的壓鑄模具基體的工作表面沉積有上述納米復(fù)合陶瓷涂層。

本發(fā)明還提供一種壓鑄模具的制備方法，包括：

步驟一：將壓鑄模具基體進(jìn)行預(yù)處理；

步驟二：在步驟一得到的預(yù)處理后的壓鑄模具基體表面沉積Cr金屬結(jié)合層；