[發明專利]HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金納米復合涂層壓鑄鋁模具及其制備方法

有效

• 申請號: 201911364423.0
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111014616B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 李建軍;方天明;李超;朱恩光
• 申請（專利權）人: 愛柯迪股份有限公司
• 主分類號: B22D17/22
• 分類號: B22D17/22;C23C14/06;C23C14/32;C23C14/02
• 代理公司: 浙江素豪律師事務所 33248
• 代理人: 邱積權;崔秋晴

本發明公開了一種HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金納米復合涂層壓鑄鋁模具及其制備方法，涂層包括結合層、過渡層、支撐層、耐沖擊耐溫層；結合層為電弧離子鍍方法高能轟擊制備的純Nb層，過渡層為NbN過渡金屬陶瓷層，支撐層為NbN/HfZrWMoVNbN高熵合金氮化物納米多層膜，耐沖擊耐溫層為HfZrWMoVNbN/CrSiN納米多層膜；涂層為為結構和成分漸變的納米多層復合，梯度復合涂層，具有良好的附著力和良好的韌性，同時利用HfZrWMoVNbN和CrSiN兩種涂層的高溫穩定性，使壓鑄鋁模具具有良好的抗沖擊性能同時也具有很好的脫模性能，滿足復雜工況要求。

技術領域

本發明涉及薄膜材料涂層技術領域，尤其涉及一種HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金納米復合涂層壓鑄鋁模具及制備方法。

背景技術

壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種將熔融合金液倒入壓室內，以高速充填鋼制模具的型腔，并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。壓鑄和傳統的鑄造方法不同，其特點是高壓和高速。常見的壓力范圍為15-100MPa，速度通常在10-50米/秒，有的還可超過80米/秒，由于加工速度快，成本低，在汽車、飛機等交通工具的復雜部件上獲得了廣泛的應用，特別適合于各種鋁合金部件的加工制造。

在壓鑄生產時，由于鋁液是高溫，壓鑄模具需要經常反復受激冷激熱的作用，模具表面反復循環的熱應力，導致模具材料老化損傷，內部出現熱疲勞微裂紋，一旦裂紋擴大，還有熔融的金屬液擠入，加上反復的機械應力都使裂紋加速擴展。此外，在壓射力的作用下，模具表面需要承受很大的壓應力，過大的壓應力會導致其產生明顯的塑性變形，如果變形次數達到一定的時候將會導致其出現剝落，出現明顯的沖蝕痕跡。此外在高溫鋁液的長期浸泡中，模具表面會和溶液發生反應，產生明顯的擴散的結果就會導致表面形成合金層，破壞模具表面。為此在壓鑄中，需要模具材料的強度高、塑性好、沖擊韌性和斷裂韌性均好。否則模具的使用壽命將會大幅度降低，無法滿足使用需求。

對于模具的處理，目前主要分為兩類，一種是常規的熱處理，一種是表面處理。常規熱處理主要是淬火+回火等，淬火等熱處理可以提高材料的硬度，但其硬度提高有限。回火可以提高模具材料的熱穩定性和降低硬度。表面處理方法較多，包括電鍍、化學鍍、氮化、滲碳以及PVD和CVD等。其中電鍍技術污染較大，目前已經逐步限制使用。滲碳溫度高，經常達到材料的淬火溫度，導致材料軟化，所以需要再次熱處理，工序復雜。CVD和滲碳比較類似，也需要二次熱處理。PVD技術由于溫度低(小于500℃)，未超過模具鋼的熱處理溫度，是目前壓鑄模具表面處理的典型技術之一。

在現有的PVD涂層材料中，TiN、AlTiN以及AlCrN等是應用較多的涂層，但其耐磨和耐溫有限，不能很好的滿足壓鑄模具使用的需要，急需開發新型的耐溫耐磨抗沖擊涂層材料。高熵合金納米涂層材料具有高硬度高耐溫的特點，可以抵抗金屬鋁液的腐蝕和高速鋁液的沖刷，在壓鑄模具上具有良好的應用潛力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有很好的耐溫性能，同時也具有良好的耐沖擊能力的HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金納米復合涂層，進一步提供涂覆該復合涂層的壓鑄鋁模具及制備方法。

本發明解決上述技術問題所提供的技術方案為：HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金納米復合涂層壓鑄鋁模具的制備方法，包括結合層、過渡層、支撐層、耐沖擊耐溫層；所述的結合層為電弧離子鍍方法高能轟擊制備的純Nb層，所述的過渡層為NbN過渡金屬陶瓷層，所述的支撐層為NbN/HfZrWMoVNbN高熵合金氮化物納米多層膜，所述的耐沖擊耐溫層為HfZrWMoVNbN/CrSiN納米多層膜。

本發明的進一步優化的技術方案為：所述的支撐層包括NbN單層和HfZrWMoVNbN單層，所述的NbN單層厚為3-30納米，HfZrWMoVNbN單層厚度為3-30納米，涂層調制周期為6-60納米；