[發明專利]一種壓鑄模具用復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810201900.0
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108396292B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 夏原;李光;李明南;高方圓;文偲嘉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所;吉林省力科科技有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/16;C23C14/06;B22D17/22
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明提供了一種適用于壓鑄模具的耐高溫自潤滑的高硬度強韌性梯度復合涂層及其制備方法，由沉積在模具基體上的由內向外依次層疊設置的結合層，過渡層，支撐層和功能層組成；所述結合層為提高復合涂層與模具表面結合力的Cr結合層；所述過渡層由CrN過渡層和CrAlN過渡層復合而成；所述支撐層由CrAlSiN層和CrAlVN層對應交替疊加復合而成；所述功能層由CrAlSiCN層和CrAlVCN層對應交替疊加復合而成。具有良好地表面硬度、耐磨性、抗高溫氧化以及耐腐蝕性能，具有更好地自潤滑效果，能夠顯著減少模具形變，提高模具精度，消除模具涂層的疲勞失效，提高使用壽命，適用于復雜造型模具的開發。

技術領域

本發明涉及涂層及壓鑄模具制備技術領域，具體涉及一種適用于壓鑄模具的耐高溫自潤滑的高硬度強韌性梯度復合涂層以及沉積上述梯度復合涂層的制備方法。

背景技術

壓鑄模具是模具中的一個大類，在工業發展迅速的當今時代，壓鑄模具伴隨著汽車行業的發展迎來了新的生機，但同時也迎來了新的挑戰。大型復雜形狀壓鑄模具在需要直接接觸高溫熔融金屬時，容易發生變形，目前對于此類模具依然需要提高其效率、精度、壽命。

壓鑄模具主要面臨的問題包括以下幾點：工作環境處于高溫，模具發生形變，對造型復雜的模具會嚴重影響其精度；壓鑄模具的制造周期長，但使用壽命受到模具表面失效的影響，難以達到預計使用壽命；形變較小的高硬度模具表面潤滑效果不好，脫模過程造成了產品表面的損傷。因此，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、抗沖擊等性能。

近年來，壓鑄模具的各類表面處理新技術不斷發展，譬如以傳統金屬熱處理工藝為手段的表面處理技術；包括表面熱擴滲處理、表面相變強化等技術的表面改性技術；以氣相沉積為主的表面涂鍍技術。其中，涂鍍技術類里的物理氣相沉積技術在金屬材料表面制造硬質涂層是近年來研究的熱點，電弧離子鍍和磁控濺射這兩種方法在工業上的應用都較為成熟，常用的涂層材料有各類金屬氮化物如TiN、CrN、TiAlN等。

但是這類涂層難以同時滿足模具產品對硬度、耐磨性、壽命的要求，在大規模生產中對提升壓鑄模具的使用壽命方面，尚且存在許多技術難題，主要包括提高涂層的本體強韌性，提高涂層的潤滑性，以及改善硬質膜層與基體結合力等。

發明內容

本發明的目的是要提供一種適用于壓鑄模具的耐高溫自潤滑的高硬度強韌性梯度復合涂層。

本發明的另一個目的是提供沉積上述梯度復合涂層的方法。

為了達到上述目的，本發明的具體技術方案如下：

一種壓鑄模具用復合涂層，由沉積在模具基體上的由內向外依次層疊設置的結合層，過渡層，支撐層和功能層組成；

所述結合層為提高復合涂層與模具表面結合力的Cr結合層；

所述過渡層由CrN過渡層和CrAlN過渡層復合而成，所述CrN過渡層位于所述Cr結合層和所述CrAlN過渡層之間；

所述支撐層由CrAlSiN層和CrAlVN層交替疊加復合而成的多層結構，所述CrAlVN層位于所述CrAlN過渡層上，與所述CrAlSiN層交替疊加；

所述功能層由CrAlSiCN層和CrAlVCN層交替疊加復合而成的多層結構，所述CrAlVCN層位于最外層的所述CrAlSiN層上，并與所述CrAlSiCN層交替疊加。

進一步地，所述CrAlN層中，Al原子百分比為20-40at.％；

和/或，

所述CrN層的厚度為200-400nm，CrAlN層的厚度為100-200nm。