[發(fā)明專(zhuān)利]一種高溫模具上高壽命復(fù)合涂層的沉積方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810961729.3
• 申請(qǐng)日: 2018-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108977651B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏原;李光;高方圓;李明南
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所;吉林省力科科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C23C14/02
• 分類(lèi)號(hào): C23C14/02
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫模具上高壽命復(fù)合涂層的沉積方法，包括如下步驟：首先對(duì)高溫模具的工作表面進(jìn)行預(yù)處理工序；然后激光噴丸強(qiáng)化在高溫模具的模具基體上形成殘余壓應(yīng)力層，最后對(duì)高溫模具的工作表面二次處理，通過(guò)真空鍍膜方法在模具基體上沉積復(fù)合涂層，本發(fā)明在鍍膜前采用激光噴丸強(qiáng)化在高溫模具基材表面引入殘余壓應(yīng)力，有效地提高了界面的結(jié)合強(qiáng)度，抑制了熱疲勞裂紋的產(chǎn)生，延長(zhǎng)了涂層模具的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料表面涂層領(lǐng)域，具體為一種高溫模具上高壽命復(fù)合涂層的沉積方法。

背景技術(shù)

高溫模具鋼主要用于制造各種金屬及合金材料的熱加工中所用模具，工作環(huán)境溫度較高，往往受到因加熱、冷卻而產(chǎn)生的反復(fù)拉、壓應(yīng)力以及金屬(液)流動(dòng)而產(chǎn)生的磨損和腐蝕，常見(jiàn)的失效形式有：早期脆裂、熱疲勞、破裂、沖刷腐蝕、過(guò)熱與疲勞斷裂等。高溫模具價(jià)格較高，一旦失效將造成重大損失，影響生產(chǎn)效率，因此裝備制造業(yè)對(duì)高溫模具的性能及使用壽命提出了越來(lái)越高的要求。雖然通過(guò)優(yōu)化熱處理可提高模具的性能和使用壽命，但效果比較有限。模具失效往往先從模具表面開(kāi)始，因此，采用表面改性技術(shù)改善模具表面組織，提高模具表面性能，可延長(zhǎng)模具使用壽命，且有利于顯著降低生產(chǎn)成本，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

近年來(lái)，高溫模具的各類(lèi)表面處理技術(shù)不斷發(fā)展，譬如以傳統(tǒng)金屬熱處理工藝為手段的表面處理技術(shù)；包括表面熱擴(kuò)滲處理、表面相變強(qiáng)化等技術(shù)的表面改性技術(shù)；以氣相沉積為主的表面涂鍍技術(shù)。其中，涂鍍技術(shù)類(lèi)里的物理氣相沉積技術(shù)在金屬材料表面制造硬質(zhì)涂層是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，電弧離子鍍這種方法在工業(yè)上的應(yīng)用較為成熟。Ti系列涂層(如AlTiN)和Cr系列涂層(如AlCrN)是模具中最常用的兩類(lèi)涂層，可以大幅提高模具的使用壽命，越來(lái)越受到重視。但在大規(guī)模生產(chǎn)中對(duì)進(jìn)一步提升高溫模具的使用壽命方面，尚存在許多技術(shù)難題，主要包括高溫涂層模具產(chǎn)品對(duì)硬度、耐磨性、抗熱疲勞等性能提出了更高端的要求，需要提出與之匹配的技術(shù)手段與制備方法。

現(xiàn)有技術(shù)中，采用電弧離子鍍制備模具涂層的過(guò)程中，硬質(zhì)涂層與基體材料之間產(chǎn)生較大的溫度梯度，溫度梯度會(huì)造成熱膨脹速率和收縮速率不一致，涂層材料發(fā)生了塑性和蠕動(dòng)變形，產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。一般高溫涂層模具產(chǎn)品在工作過(guò)程中的受力情況較為復(fù)雜，承受交變載荷的復(fù)合作用，如果涂層材料存在殘余拉應(yīng)力，在高溫及外界載荷的誘導(dǎo)下易產(chǎn)生裂紋，成為疲勞失效的誘因，降低模具的力學(xué)性能和使用壽命。雖然大量的研究表明，硬質(zhì)涂層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備工藝可以在一定程度上改善涂層的高溫性能，但確實(shí)無(wú)法徹底消除涂層與基體之間，溫度梯度及不同材料熱膨脹系數(shù)差異所引起的殘余拉應(yīng)力帶來(lái)的不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)方案的不足,本發(fā)明提供一種高溫模具上高壽命復(fù)合涂層的沉積方法，本發(fā)明在鍍膜前采用噴丸強(qiáng)化在高溫模具基材表面引入殘余壓應(yīng)力，有效地提高了界面的結(jié)合強(qiáng)度，延長(zhǎng)了涂層模具的使用壽命，能有效的解決背景技術(shù)提出的問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種高溫模具上高壽命復(fù)合涂層的沉積方法，包括如下步驟：

S100、對(duì)高溫模具的工作表面進(jìn)行預(yù)處理工序；

S200、激光噴丸強(qiáng)化在高溫模具的模具基體上形成殘余壓應(yīng)力層；

S300、對(duì)高溫模具的工作表面二次處理，通過(guò)真空鍍膜方法在模具基體上沉積復(fù)合涂層。

優(yōu)選地，在步驟100中，所述預(yù)處理工序包括：

對(duì)高溫模具的工作表面進(jìn)行粗打磨和拋光；

對(duì)打磨拋光后的高溫模具進(jìn)行清洗并烘干，烘干后待用。

優(yōu)選地，在步驟200中，所述激光噴丸強(qiáng)化的方法是：