[發明專利]一種熱作模具鋼表面制備AlCrTiN/WC-12Co復合涂層的方法

在審

• 申請號: 201811223783.4
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109161835A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 孔維程;沈輝;金亦富;王浩錦;劉徹;高佳旭;王思凡;景陶敬;黃國林;任憲奇
• 申請（專利權）人: 揚州大學;揚州福克斯減震器有限公司
• 主分類號: C23C4/02
• 分類號: C23C4/02;C23C4/04;C23C4/129;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/32;C23C28/00
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

一種熱作模具鋼表面制備AlCrTiN/WC?12Co復合涂層的方法，屬于材料表面改性復合處理技術，方法科學，制備原理清晰。通過超音速火焰噴涂在H13熱作模具鋼表面制備的WC?12Co涂層提高了基體表面硬度，增強了顆粒的耐磨性能，同時，減小了涂層與基體間的硬度梯度，為AlCrTiN涂層的使用提供了保障。通過陰極離子鍍在WC?12Co涂層表面制備了AlCrTiN涂層，獲得本發明所制備的AlCrTiN/WC?12Co復合涂層，具有立方結構的氮化物相，進一步提高了其表面硬度、抗氧化性能和熱穩定性能。

技術領域

本發明屬于材料表面改性復合處理技術，涉及一種陰極離子鍍與超音速火焰噴涂在熱作模具鋼表面的處理方法，具體的說是特指一種熱作模具鋼表面制備AlCrTiN/WC-12Co復合涂層的方法。

背景技術

鋼，被稱為“當代社會的物質基礎”。作為一種基礎合金鋼，H13熱作模具鋼具有良好的耐磨、耐腐和機械強度，廣泛地用于鍛壓、鑄造和壓鑄等模具制造。為滿足熱作模具的使用要求，近年來，已經研發出許多等級的模具鋼。由于熱作模具長期處于高溫和高載的工作環境中，開發新型模具鋼已經不能滿足磨損性能的需求，因此，需要采用涂層技術對其進行表面改性處理，從而達到提高磨損性能的目的。

陰極離子鍍是一種在一定溫度范圍內通過沉積幾微米厚的涂層來提高耐磨損性能，通過該技術制備的過渡金屬氮化物陶瓷涂層具有高的硬度、耐磨和熱穩定性等。但是在H13熱作模具鋼表面沉積的涂層與基體的硬度差異較大，這可能會造成在服役條件下涂層易發生磨損而失效。通過陰極離子鍍制備的單層涂層已限制了其應用范圍，不能滿足實際生產的需求。超音速火焰噴涂是一種將熔化或半熔化的顆粒噴涂至基體表面而形成涂層的方法，增大了噴涂顆粒的動能，縮短了顆粒的飛行時間,在材料的表面改性處理工程中得到了廣泛的應用。為彌補上述單一處理技術的不足，本發明專利提出了陰極離子鍍與超音速火焰噴涂復合制備AlCrTiN/WC-12Co涂層的方法，所制備涂層在提高耐磨性能的同時，又減小了涂層與基體之間的硬度梯度，保證了涂層與基體的結合力，己成為材料表面處理的發展方向之一。

發明內容

本發明是針對陰極離子鍍涂層在服役條件下易發生磨損失效，不能滿足實際生產需求的情況，提出了一種熱作模具鋼表面制備AlCrTiN/WC-12Co復合涂層的方法。通過超音速火焰噴涂技術在熱作模具鋼表面制備了一層WC-12Co涂層，然后再利用陰極離子鍍技術在WC-12Co涂層表面沉積了一層AlCrTiN涂層，從而獲得AlCrTiN/WC-12Co復合涂層。通過該方法制備的AlCrTiN/WC-12Co復合涂層表面致密，具有穩定立方結構的氮化物相，提高了熱作模具的表面硬度、耐磨損性能和熱穩定性。

本發明的技術方案是：一種熱作模具鋼表面制備AlCrTiN/WC-12Co復合涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將基體放置于乙醇溶液中進行超聲清洗20分鐘，然后將其取出，吹干，再使用40目的剛玉對基體表面進行噴砂粗化處理；

(2)首先在XM-8000型超音速噴射系統上噴涂WC-12Co涂層，以航空煤油作為燃料，氧氣作為助燃氣體，氮氣作為送粉氣體；

(3)采用W0.05型金剛石拋光劑將所制備的WC-12Co涂層研磨，并拋光至鏡面后，在乙醇溶液中超聲清洗15分鐘，除去WC-12Co涂層表面上的雜質和油污，經恒溫干燥后，將其放入鍍膜系統中進行沉積；

(4)在鍍膜前，采用輝光濺射方法清洗樣品15分鐘，電弧轟擊清理靶40分鐘，加熱WC-12Co涂層至500℃，當電壓為-300V時，利用Ti和Cr靶轟擊WC-12Co涂層表面10分鐘。當工作氣體N₂進入時，Al靶開始在-100V的偏壓下轟擊試樣60分鐘，沉積2小時后，即獲得本發明專利所制備的AlCrTiN涂層。

步驟(2)中所述的超音速火焰噴涂是在油壓為1.25MPa，氧氣壓力為1.58MPa，水溫控制在35℃，噴涂壓力為0.95MPa的條件下進行。