[發明專利]一種壓鑄鋁模具表面的納米復合多元碳氧化物涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202210050734.5
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114632910A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 郎文昌;蔣慧珍;張慧;劉艷杰;趙渙波;陳盛旭;林振宇;任肖煒
• 申請（專利權）人: 溫州瑞明工業股份有限公司
• 主分類號: B22C3/00
• 分類號: B22C3/00;B22D17/22;C23C14/06;C23C14/32;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 朱海曉

本發明涉及模具涂層領域，具體涉及一種壓鑄鋁模具表面的納米復合多元碳氧化物涂層的制備方法，所述涂層由內到外分別為基礎層、復合過渡層、多層循環納米層；其中基礎層為AlCrN、復合過渡層為TiSiN/AlCrN復合層、多層循環納米層為TiSiAlCrCN/TiSiAlCrCON交替層。由于基礎層為AlCrN、復合層AlCrN/TiSiN，不需刻意通過改變偏壓、氣壓等參數，AlCrN與AlCrN/TiSiN層材料屬性就自然形成了硬度梯度；同時涂層中的Al、Cr、Si等的存在一方面優化了模具表面的表面能，另一方面從基底層就有效的改善涂層的紅硬性。

技術領域

本發明涉及模具涂層制備技術領域，具體涉及一種壓鑄鋁模具表面的納米復合多元碳氧化物涂層的制備方法。

背景技術

壓鑄鋁模具是鋁合金成型加工中的一種重要工具，其在金屬低速或高速液流入型腔時，可施加一定的壓力實現鋁合金鑄造過程中的鍛壓。壓鑄模具造價高昂，可實現大批次大數量的產品成型。

鋁合金壓鑄過程中，模具一方面反復冷熱交替，模具表面及內部受反復循環的熱應力，產生微裂紋。同時鋁合金壓鑄過程中，鋁合金與模具表面材料易親和，出現粘料、脫模困難。

在不改變模具材料的前提下，為提高壓鑄鋁模具的使用壽命，表面處理是其主要的技術手段。其中傳統的滲氮、滲金屬、熔覆等工藝雖然能實現壓鑄模具的表面強化，但滲氮對硬度的提升效果不大；而滲金屬需要較高溫度容易造成模具變形；而熔覆適用于形狀較為簡單的模具表面，對多孔等模具很難得到應用。

PVD是現階段對壓鑄鋁模具進行表面處理的較為優勢的一種技術手段，其一方面通過沉積涂層可以提升模具表面硬度，另一方面其加工溫度較低，并不能對模具產生變形。現有技術發現，對于壓鑄鋁模具來說，提升模具壽命的主要技術原理是；提高模具表面硬度、降低模具表面的表面能、提升模具表面的抗高溫氧化性。模具表面硬度的提高，可有效保護模具表面，防止液態鋁的侵蝕，提升熱開裂的抗力；降低模具表面的表面能，可以使得液態鋁與模具之間的粘合力降低，便于脫模；而模具表面的抗高溫氧化性越好，其表面結構越穩定，使用壽命越長。

目前，常規的PVD制備的壓鑄鋁模具涂層主要包括純金屬、單元氮化物、單元與多元氮化物復合支撐層、多元氮化物與氮氧化物的復合增硬層以及抗粘層，由于傳統磁控濺射或電弧離子鍍離子能量低，因此采用多梯度、漸進式的涂層沉積來實現由軟到硬的過渡沉積的方式，隨后進行功能層（高硬、抗粘、耐腐蝕）的沉積；但是，這種技術不僅沉積過程繁瑣，而且磁控過程中離子能量低，形成的涂層反應不充分以及電弧離子鍍中存在大量大顆粒，導致涂層表面不夠均勻，影響模具壓鑄形成的成品的質量，且影響模具使用壽命。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種壓鑄鋁模具表面的納米復合多元碳氧化物涂層的制備方法。

本發明所采取的技術方案如下：一種壓鑄鋁模具表面的納米復合多元碳氧化物涂層的制備方法，所述涂層由內到外分別為基礎層、復合過渡層、多層循環納米層；其中基礎層為AlCrN、復合過渡層為TiSiN/AlCrN復合層、多層循環納米層為TiSiAlCrCN/TiSiAlCrCON交替層；

所述制備方法于脈沖弧源真空鍍膜設備中進行，其配置有脈沖弧源和離子清洗裝置，所述脈沖弧源包括至少一列的金屬AlCr靶和兩列TiSi靶，所述脈沖弧源具有至少一組脈沖弧源為相向設置的AlCr靶和TiSi靶，相向設置的AlCr靶和TiSi靶分別位于待鍍模具的兩側，所述脈沖弧源具有至少一組脈沖弧源為相鄰設置的AlCr靶和TiSi靶；

所述制備方法包括以下步驟：

1） 將待鍍模具放入真空鍍膜裝置中，進行預熱；

2）采用離子清洗源對模具表面進行等離子清洗；

3）通入氮氣，開啟至少一列的AlCr靶，沉積AlCrN層；

4）通入氮氣，同時開啟一組相向設置的TiSi靶及AlCr靶，沉積AlCrN/TiSiN復合層；