压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层及制备方法，包括依次附着在压铸抽芯以外的结合层、过渡层、梯度层和耐高温自润滑层，结合层为纯SiB层，过渡层为SiBN层，梯度层为SiTiC‑DLC涂层，耐高温自润滑层为SiTiC‑DLC和BTiC‑DLC构成的SiTiC‑DLC/BTiC‑DLC纳米多层膜，其制备方法是采用射频磁控溅射法制备；涂层从结构上为多种元素掺杂的类金刚石涂层的组合，具有梯度结构，同时成分上具有渐变特点，使涂层具有良好的韧性和较低的应力。此外由于硅元素和硼元素以及钛的复合掺杂，使涂层具有高的硬度和耐温性。

【技术实现步骤摘要】
压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层及制备方法
本专利技术涉及薄膜材料
，尤其涉及一种压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层及制备方法。
技术介绍
压铸是金属铸造工艺的一种，其特点是利用模具内腔对融化的金属施加高压。根据压铸类型的不同，分为冷室压铸和热室压铸。铸造设备和模具的造价高昂，因此压铸工艺一般只会用于批量制造大量产品。制造压铸的零部件相对来说比较容易，压铸特别适合制造大量的中小型铸件，因此压铸是各种铸造工艺中使用最广泛的一种。同其他铸造技术相比，压铸的表面更为平整，拥有更高的尺寸一致性。中国是压铸的大国，全世界的很多零部件都是中国生产的压铸件。压铸过程中存在高温高压问题，经常由于模具的过早损坏降低了生产效率，特别抽芯是压铸中管状零件生产中非常关键的部件，经常会由于铝液和抽芯的黏附导致脱模困难。如果出现脱模困难问题，经常需要压铸机停止作业维修模具，或者会导致压铸出来的零部件尺寸精度超差，造成废品率增加，严重影响生产。现有改进技术一是改变抽芯的结构尺寸，但由于零件尺寸精度的限制难以做大的改动；二是对表面进行表面涂层，改变抽芯的表面状态，改善抽芯的脱模性能。在现有的抽芯表面涂层中，物理气相沉积（英文缩写为PVD）镀陶瓷是最为有效的技术手段，特别是其低温特性可以将各种氮化物或者碳化物制备到抽芯表面，这样可以有效提高抽芯的寿命。在现有的PVD涂层中，一般氮化物或者碳化物等涂层具有高的硬度，但其摩擦系数较大，对于抽芯的脱模过程帮助不大，但其可以提高抽芯的表面耐磨性能，有效降低抽芯的故障率。类金刚石（英文缩写为DLC）具有高硬度和高润滑特性，在工业上已经广泛应用于各种需要耐磨和润滑的场合。但DLC涂层的劣势也比较明显，一般在400℃时涂层会分解，性能严重恶化。为了提高DLC涂层的性能，一般采用掺杂等手段来实现，可以将DLC涂层的问题提高到更高的温度。但目前该方面的研究相对比较匮乏，不能满足抽芯耐温耐磨自润滑的需要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耐温和耐磨性能良好的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，以解决抽芯的耐磨和润滑问题，进一步地提供压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，包括依次附着在压铸抽芯以外的结合层、过渡层、梯度层和耐高温自润滑层，所述的结合层为纯SiB层，所述的过渡层为SiBN层，所述的梯度层为SiTiC-DLC涂层，所述的耐高温自润滑层为SiTiC-DLC和BTiC-DLC构成的SiTiC-DLC/BTiC-DLC纳米多层膜。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的结合层的硼的含量为1-5%。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的结合层的厚度为50-200纳米。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的过渡层为非晶结构。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的过渡层的厚度为500-1000纳米。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的梯度层中SiTiC纳米晶粒径为5-15纳米，DLC为非晶结构。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的梯度层的厚度为100-1000纳米。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的耐高温自润滑层为SiTiC-DLC单层和BTiC-DLC单层交替形成，所述的SiTiC-DLC单层厚为10-40纳米，所述的BTiC-DLC单层厚度为5-50纳米，调制周期为15-90纳米。本专利技术解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：耐高温自润滑层的厚度为200-1000纳米。本专利技术的另一个保护主题：压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层的制备方法，包括如下步骤步骤一：在100-300℃、氩气和氢气环境中，对抽芯进行离子刻蚀，刻蚀电压为100-150V，刻蚀时间为30-60分钟；步骤二：在0.4-1Pa，0-100V条件下利用射频磁控溅射法沉积纯SiB层；步骤三：在0.4-3Pa，0-100V条件下通入氮气利用射频磁控溅射法沉积纯SiBN层；步骤四：在0.4-2Pa，0-200V条件下通入乙炔利用射频磁控溅射法沉积SiTiC-DLC梯度层；步骤五：在0.4-2Pa，0-250V条件下利用射频溅射TiSi靶和TiB靶在乙炔环境中制备SiTiC-DLC/BTiC-DLC纳米多层膜作为耐高温自润滑层；步骤六：制备结束后自然冷却，得到压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层。与现有技术相比，本专利技术所制备压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层的使压铸抽芯具有良好的耐温和耐磨自润滑性能，保证了抽芯可以长期稳定的工作，使抽芯的寿命增加，故障率降低，降低压铸生产厂家的生产成本。附图说明以下将结合附图和优选实施例来对本专利技术进行进一步详细描述，但是本领域的技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本专利技术范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。图1为本专利技术制备压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层所采用的设备的示意图；图2为本专利技术的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层的结构示意图。具体实施方式以下将参考附图来详细描述本专利技术的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本专利技术的保护范围。实施例1：具体地，如图1所示，在压铸抽芯基体上制备压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层的设备包括由真空室的炉壁围成。真空室设有抽真空口6，抽真空机组通过抽真空口6对真空室进行抽真空。设备为双开门，通过第一门11和第二门2打开；刻蚀源1装在真空室的前部，主要是提供刻蚀用的等离子体。三组射频磁控溅射靶安装在炉壁上，两个一组，共三组，射频磁控溅射靶分别安装第一SiB靶3和第二SiB靶4、第一TiSi靶5和第二TiSi靶8以及第一TiB靶9和第二TiB靶10。样品装在工件架7上。该布局使真空室中等离子体密度大幅度增加，工件完全浸没在等离子体中。将压铸抽芯放置到如图1所示的设备进行涂层制备作业，具体步骤如下：步骤一：在100℃、氩气和氢气环境中，对经过抛光和清洗的压铸抽芯经过等离子刻蚀，刻蚀电压为100V，刻蚀时间为30分钟。采用了离子刻蚀方法，彻底去除压铸抽芯表面的氧化物污染，有效提高涂层和基体的结合力。由于纯的氩气在去除有机物时存在一定的难度，本专利技术中还采用将氢气和氩气作为混合气体进行清洗，彻底去除表面的有机污染物。根据表面污染的不同，清洗时间和清洗电压因为有所不同。步骤二：然后在0.4Pa，0V条件下开启第一SiB靶3和第二SiB靶4，在离子刻蚀后的压铸抽芯表面利用射频磁控溅射法沉积纯Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于包括依次附着在压铸抽芯以外的结合层、过渡层、梯度层和耐高温自润滑层，所述的结合层为纯SiB层，所述的过渡层为SiBN层，所述的梯度层为SiTiC-DLC涂层，所述的耐高温自润滑层为SiTiC-DLC和BTiC-DLC构成的SiTiC-DLC/BTiC-DLC纳米多层膜。/n

【技术特征摘要】
1.压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于包括依次附着在压铸抽芯以外的结合层、过渡层、梯度层和耐高温自润滑层，所述的结合层为纯SiB层，所述的过渡层为SiBN层，所述的梯度层为SiTiC-DLC涂层，所述的耐高温自润滑层为SiTiC-DLC和BTiC-DLC构成的SiTiC-DLC/BTiC-DLC纳米多层膜。


2.根据权利要求1所述的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于所述的结合层的硼的含量为1-5%。


3.根据权利要求2所述的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于所述的结合层的厚度为50-200纳米。


4.根据权利要求1所述的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于所述的过渡层为非晶结构。


5.根据权利要求4所述的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于所述的过渡层的厚度为500-1000纳米。


6.根据权利要求1所述的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于所述的梯度层中SiTiC纳米晶粒径为5-15纳米，DLC为非晶结构。


7.根据权利要求6所述的压铸抽芯用耐高温纳米多层自润滑涂层，其特征在于所述的梯度层的厚度为100-1000纳米。


8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，范鹏，朱恩光，
申请(专利权)人：爱柯迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33