[發明專利]一種冷作模具鋼表面制備AlCrCN涂層的方法

在審

• 申請號: 201811223792.3
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109252140A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 孔維程;沈輝;金亦富;劉徹;高佳旭;景陶敬;王浩錦;王永;時榮光;關棟
• 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: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/58
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

一種冷作模具鋼表面制備AlCrCN涂層的制備方法，方法科學，制備原理清晰，屬于材料制備技術領域。在500℃時進行離子鍍，其沉積溫度不會產生模具變形，有利于保持模具的精度；所制備的涂層度為3500HV，提高了模具表面硬度，減小了模具的磨損量，保證所加工的工件質量。通過AlCrCN涂層與基體在界面結合處形成擴散層，擴散層的元素過渡成梯度，涂層與基體的結合良好；在AlCrCN涂層形成了非晶態的C?C鍵，起自潤滑的作用，有效地減小摩擦因數。AlCrCN涂層具有超高硬度、低摩擦因數和抗磨損等優點，進一步提高了冷作模具表面硬度，使用壽命可提高3?5倍。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，涉及一種冷作模具鋼表面制備AlCrCN涂層的方法，特指一種能提高抗磨損性能和延長使用壽命的冷作模具鋼表面改性處理方法。

背景技術

鋼作為一種基礎合金，憑借其低廉的價格和可靠的機械性能成為了世界上使用最廣泛的金屬。而模具鋼作為模具行業最重要材料之一，具有良好的耐腐蝕性、耐磨性和機械強度，被廣泛用于注塑和鈑金成型工業中。為滿足模具的制造及使用要求，近年來已經研究和開發了許多等級的模具鋼。但隨著鋼鐵工業和模具工業的快速發展，對模具鋼性能的要求變得越來越嚴苛，由于模具工作環境往往伴隨著高溫和高載的極端狀況，單純的開發新型模具鋼已經不能滿足生產需求。因此，考慮使用涂層技術對模具鋼進行表面改性處理，達到提高模具磨損性能的目的。

Cr12MoV鋼具有較高的淬透性、硬度和韌性，主要用于制造截面較大、結構復雜和工作負荷較重的冷沖壓模具。在淬火和低溫回火后其硬度可達到50-52HRC，但在工作過程中時仍因發生嚴重的磨損而報廢，磨損已成為冷作模具失效的主要形式之一。

發明內容

本發明的目的是針對Cr12MoV鋼在工作過程中時容易產生磨損而報廢的原因，提出了一種冷作模具鋼表面制備AlCrCN涂層的制備方法。通過在Cr12MoV冷作模具鋼表面制備一層AlCrCN涂層，提高了模具表面硬度，有利于保持模具的精度，保證所加工的工件質量，可以有效地減小摩擦因數和模具的磨損量。

本發明的技術方案是：一種冷作模具鋼表面制備AlCrCN涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)基體為Cr12MoV冷作模鋼，經磨削和拋光后，表面粗糙度Ra為0.01μm，分別在酒精和丙酮溶液中分別超聲清洗15min，以去除油污，經干燥后待用；

(2)將試樣放入圖1中鍍膜真空室，其真空度為10^-4Pa，加熱至500℃，保溫時間為30min。首先通入氬氣，保持真空室內壓力為1.0Pa，開啟偏壓電源，電壓900V，占空比0.2，輝光放電清洗15min，偏壓降低至500V，開啟離子源離子清洗15min；

(3)停止通入氬氣，對鍍膜真空室抽真空至0.5Pa后，通入氮氣，流量為220mL/min，并通入氬氣，控制氬氣與氮氣的流量比為1:2，向真空室內輸入混合氣體，保持真空室內氣壓1.2Pa，Al和Cr靶通電，調整偏壓為130V，電流180A，沉積50分鐘后，在基體表面形成厚度為0.3μm的AlCrN涂層；

(4)在真空室中通入甲烷氣體，剩余的等離子體在氬氣、氮氣和甲烷混合的反應環境中沉積2小時后，在AlCrN涂層表面形成厚度為1μm的AlCrCN涂層。

步驟(2)中所述的鍍膜真空室系統本底真空度為2×10^-3Pa，氮氣和甲烷為反應氣體，氬氣為進料氣體，工作溫度500℃，靶電流為60A，氬氣氣壓為5Pa，產生高電離Al⁺和Cr⁺等離子體。

步驟(4)中所述的AlCrCN涂層厚度為1μm，和AlCrN涂層一起與基體結合緊密。

步驟(4)中所述的AlCrCN涂層是由AlN、CrN和CrC物相組成。