[發(fā)明專利]壓鑄模具表面AlCrYN/AlCrSiN納米復(fù)合梯度涂層及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010464982.5
• 申請(qǐng)日: 2020-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN111519145A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊兵;朱恩光;蔣佳麗;朱楊俊;盧嘉日;潘崇恩;吳偉;周林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波邁柯新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/32
• 分類號(hào): C23C14/32;C23C14/06;C23C14/02;C23C14/14;C23C14/50
• 代理公司: 浙江素豪律師事務(wù)所 33248
• 代理人: 邱積權(quán)

本發(fā)明公開了一種壓鑄模具表面AlCrYN/AlCrSiN納米復(fù)合梯度涂層及制備方法，涂層自壓鑄模具表面向外依次包括CrY結(jié)合層、CrYN的過渡層、CrYN/AlCrSiN納米復(fù)合多層膜的支撐層、AlCrYN/AlCrSiN納米復(fù)合多層膜的防橘皮缺陷耐磨耐溫層；結(jié)合層由電弧離子鍍方法制備；過渡層在氮?dú)猸h(huán)境下采用電弧離子鍍方法制備；支撐層采用電弧離子鍍方法制備，由CrYN層和AlCrSiN層逐層交替形成，防橘皮缺陷耐磨耐溫層采用電弧離子鍍方法制備，由AlCrYN層和AlCrSiN層逐層交替形成；利用稀土摻雜和納米多層結(jié)構(gòu)兩個(gè)設(shè)計(jì)思路，進(jìn)一步完善AlCrN涂層的性能，使其具備良好的抗黏著和耐溫性能，解決黏著導(dǎo)致的橘皮缺陷問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓鑄模具表面AlCrYN/AlCrSiN納米復(fù)合梯度涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

汽車是壓鑄技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，占到壓鑄件應(yīng)用的70％以上。在“汽車輕量化”及新能源汽車發(fā)展已成必然趨勢(shì)的大背景下，目前除汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)系統(tǒng)等采用大量精密壓鑄件外，車身框架等大型構(gòu)件也開始采用鋁合金壓鑄件。據(jù)統(tǒng)計(jì)特斯拉Model S系列車型中95％結(jié)構(gòu)采用鋁合金材料壓鑄成型。

壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)線中最為重要的組成部分。高壓、高速是壓鑄的主要特征。

在壓鑄過程結(jié)束后，鋁液將發(fā)生凝固。由于鋁液和模具表面的相互作用將會(huì)引起涂層和凝固鋁件之間的粘連，當(dāng)脫模時(shí)經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)黏附撕裂損傷，形成所謂的“橘皮”效應(yīng)。嚴(yán)重增加后續(xù)加工工序的難度和產(chǎn)品報(bào)廢，是壓鑄企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的急需解決的問題。針對(duì)該問題，目前主要采用表面處理的方法解決，主要包括氮化、PVD、CVD等技術(shù)處理。但效果欠佳，不能很好的解決橘皮損傷的問題。

壓鑄過程是一個(gè)復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合問題，具有典型的基體和涂層材料的彈塑性變形過程，也有涂層的耐磨耐溫以及粘鋁等冶金過程的作用。涂層材料的硬度、韌性和耐溫性能都會(huì)影響到最終的模具性能。對(duì)壓鑄模具表面進(jìn)行氮化、滲釩、PVD和CVD等處理可提高模具表面的抗粘著以及抗沖蝕性能，但其壽命有限，不能較好滿足壓鑄模具長(zhǎng)壽命高可靠的使用需求，急需開發(fā)新型防護(hù)涂層。

納米多層膜是近年來發(fā)展的新型超硬涂層材料，由于其獨(dú)特的增硬增韌效應(yīng)，使其與常規(guī)氮化物涂層相比具有更高的硬度、耐溫及耐磨性能。針對(duì)鋁合金壓鑄過程中具對(duì)涂層高硬度高韌性的特殊要求，將超硬氮化物納米涂層鍍于模具的表面，使模具基體保持較高的強(qiáng)度，同時(shí)鍍于表面的涂層又可以發(fā)揮其“超硬、強(qiáng)韌、耐溫、耐磨、自潤(rùn)滑”的效果，賦予壓鑄模具優(yōu)異的加工能力。

納米多層膜是以兩種晶格常數(shù)相近的材料通過交替沉積形成多層結(jié)構(gòu)來提高材料的硬度和韌性。最初為金屬/金屬體系，后來逐步擴(kuò)展到金屬和氮化物、碳化物、硼化物等材料中。由于氮化物性能優(yōu)良，制備容易，所以氮化物/氮化物的體系研究較多。

形成納米多層膜后最明顯的優(yōu)勢(shì)就是硬度的增加，如TiN/VN多層膜當(dāng)調(diào)制周期為5.2nm時(shí)，其硬度達(dá)到最高值為5560HV。目前發(fā)展的納米多層膜已經(jīng)有幾十種。此外納米多層膜還可以提高涂層的熱穩(wěn)定性。

AlCrN涂層為硬質(zhì)涂層的典型代表，相比CrN涂層，加入Al而形成的三元AlCrN涂層在抗磨損和高溫氧化等方面的性能得到極大提高，加入Al后所形成的AlCrN涂層擁有高硬度及良好的抗黏著等特性，因此在高載荷條件下表現(xiàn)出明顯優(yōu)越的耐磨損特性；相比AlTiN涂層，由于Cr具有比Ti更高的熔點(diǎn)，以Cr代替Ti的AlCrN涂層耐高溫氧化溫度能明顯提高、摩擦系數(shù)更小、排屑能力更強(qiáng)，抗粘結(jié)性好、韌性更好，雖然硬度稍有降低，但綜合性能更為優(yōu)異。