一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法，属于陶瓷涂层技术领域。本发明专利技术提供的高性能铝合金模具陶瓷涂层，包括在铝合金模具表面依次设置的AlCrN层、TiN/TiAlN交替涂层、TiN/TiCN交替涂层和CrN层。本发明专利技术中AlCrN层与铝合金具有很好的相容性，可以提高陶瓷涂层和模具的结合强度，TiN/TiAlN交替涂层具有硬度高，耐磨性好的特点，可以使陶瓷涂层具有更高的力学性能和耐磨性；设置TiN/TiCN交替涂层可以进一步提高陶瓷涂层的耐磨性，同时提高其耐高温性和耐腐蚀性；通过在表面设置CrN层，可以进一步提高陶瓷涂层的耐磨性。可以进一步提高陶瓷涂层的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷涂层
，尤其涉及一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，随着铝的冶炼与工艺的不断改进及铝材料基础问题的突破，使得铝合金工业得以蓬勃发展，也使得铝合金材料得以广泛应用，铝合金材料模具越来越广泛的应用就是其中一例。铝合金加工性能极佳，切削加工速度比模具钢更是提高了40％，因而大幅度减少了模具的加工周期。铝合金的热传导性能是钢材的四倍至五倍，可以更有效地被加热或冷却，降低能耗，脱模时间大为缩短，速度因此而加快，能有效提高模具的生产效率。铝合金抗腐蚀性能强，如PVC会产生氯离子，易和钢铁反应而使塑料模具表面损坏，但对铝合金产品不起任何腐蚀作用，模具表面能保持光亮及洁净。铝合金组织致密性好且无缺陷，更加容易抛光达到镜面效果。且铝合金低成本，市场稳定，回收效率高，效益高。鉴于铝合金优良的品质及性能，近年来在在注塑模、吹塑模、低压模、橡胶模等不同模具行业的应用越来越广泛，已逐渐取代钢做为模具的主要原料。但与钢铁等材料相比，铝合金制备的模具硬度低，耐磨性差，在频繁使用的过程中容易磨损，使得铝合金模具的返修率和报废率严重，为提高其性能，必须进行表面处理。
[0003]常用的铝合金表面强化处理方法有：(1)制备阳极氧化层，如专利201811444933.4公开了一种铝合金模具表面处理工艺，但是这种阳极氧化层的硬度较低，约为HV350；(2)化学镀Ni
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P、Ni
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W
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P等涂层，如专利200810029009.X公开了一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法，Ni
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P合金镀态硬度为HV500左右，热处理后达到HV900左右，Ni
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W
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P镀层镀态为HV700左右，热处理后可达HV1000左右；(3)电镀铬或电镀镍，如专利200710008471.7公开了一种铝制品的电镀方法，镀层的显微硬度可达HV800
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1100；(4)真空等离子体沉积CrN、TiN、TiAlN、TiCN和DLC等涂层，如专利87108177.6公开了一种在铝合金表面上离子沉积(Ti、Al)N硬质膜的方法，涂层硬度达到HV760～1500。虽然在铝及铝合金表面制备阳极氧化层、Ni
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P/Ni
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W
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P涂层和铬/镍层能够显著地提高铝合金的硬度，但是得到的硬度和耐磨性等性能依然不能满足现有技术中铝合金作为在模具方面时对镀层机械性能的要求，而真空等离子体沉积制备的CrN、TiN、TiAlN、TiCN和DLC等涂层虽然硬度较高，但是涂层硬而脆，而铝合金相对较软，使得铝合金模具与涂层之间的结合强度较低，使得涂层容易剥落，导致铝合金模具使用时变形。
[0004]因此，如何提供一种硬度和耐磨性好，同时与铝合金模具结合强度高的涂层成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法，本专利技术提供的陶瓷涂层在常温和高温下具有很高的硬度和耐磨性，同时与铝合金具有很高的结合强
度。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种高性能铝合金模具陶瓷涂层，包括在铝合金模具表面依次设置的AlCrN层、TiN/TiAlN交替涂层、TiN/TiCN交替涂层和CrN层。
[0008]优选地，所述AlCrN层的厚度为1～3μm。
[0009]优选地，所述TiN/TiAlN交替涂层中每层TiN的厚度独立地为0.1～0.5μm，每层TiAlN的厚度独立地为0.1～0.5μm。
[0010]优选地，所述TiN/TiAlN交替涂层的总厚度为3～6μm。
[0011]优选地，所述TiN/TiCN交替涂层中每层TiN的厚度独立地为0.1～0.5μm，每层TiCN的厚度独立地为0.1～0.5μm。
[0012]优选地，所述TiN/TiCN交替涂层的总厚度为2～5μm。
[0013]优选地，所述CrN层的厚度为0.5～1μm。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案所述陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)采用弧电源轰击法在铝合金模具表面制备AlCrN层；
[0016](2)采用物理气相沉积法在所述步骤(1)得到的AlCrN层表面交替制备TiN和TiAlN涂层；
[0017](3)采用物理气相沉积法在所述步骤(2)得到的TiN涂层表面交替制备TiCN和TiN涂层；
[0018](4)在所述步骤(3)得到的TiN涂层表面制备CrN层，得到陶瓷涂层。
[0019]优选地，所述步骤(1)中弧电源轰击法的电源偏压为220～360V，弧电源轰击法的轰击时间为5～10min。
[0020]优选地，所述步骤(2)和步骤(3)中物理气相沉积法的电源偏压独立地为70～150V。
[0021]本专利技术提供了一种高性能铝合金模具陶瓷涂层，包括在铝合金模具表面依次设置的AlCrN层、TiN/TiAlN交替涂层、TiN/TiCN交替涂层和CrN层。本专利技术通过在铝合金模具表面设置一层AlCrN层，然后在AlCrN层制备TiN/TiAlN交替涂层，AlCrN层与铝合金具有很好的相容性，可以提高陶瓷涂层和模具的结合强度，TiN/TiAlN交替涂层具有硬度高，耐磨性好的特点，可以使陶瓷涂层具有更高的力学性能和耐磨性；设置TiN/TiCN交替涂层可以进一步提高陶瓷涂层的耐磨性，同时提高其耐高温性和耐腐蚀性；通过在表面设置CrN层，可以进一步提高陶瓷涂层的耐磨性。实施例的结果显示，本专利技术提供的陶瓷涂层的常温硬度达到3300～3500HV，在300℃时的硬度达到2700～2900HV，使用500次后陶瓷涂层不会与铝合金模具脱离。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种高性能铝合金模具陶瓷涂层，包括在铝合金模具表面依次设置的AlCrN层、TiN/TiAlN交替涂层、TiN/TiCN交替涂层和CrN层。
[0023]本专利技术提供的高性能铝合金模具陶瓷涂层包括设置于铝合金模具表面的AlCrN层。在本专利技术中，所述AlCrN层中Al：Cr：N的原子比优选为1：1：1；所述AlCrN层为具有连续结构的单层涂层。本专利技术通过在铝合金模具表面制备AlCrN层，AlCrN层具有很高的热防护作
用，可以降低铝合金模具使用过程中温度变化带来的影响，降低模具开裂的几率。
[0024]在本专利技术中，所述AlCrN层的厚度优选为1～3μm，更优选为1.5～2.5μm，进一步优选为2μm。本专利技术将AlCrN层的厚度控制在上述范围内，可以进一步提高AlCrN层和铝合金模具的结合强度，提高陶瓷涂层和铝合金模具之间的结合稳定性。
[0025]本专利技术提供的高性能铝合金模具陶瓷涂层还包括设置于所述AlCrN层表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能铝合金模具陶瓷涂层，包括在铝合金模具表面依次设置的AlCrN层、TiN/TiAlN交替涂层、TiN/TiCN交替涂层和CrN层。2.根据权利要求1所述的陶瓷涂层，其特征在于，所述AlCrN层的厚度为1～3μm。3.根据权利要求1所述的陶瓷涂层，其特征在于，所述TiN/TiAlN交替涂层中每层TiN的厚度独立地为0.1～0.5μm，每层TiAlN的厚度独立地为0.1～0.5μm。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述TiN/TiAlN交替涂层的总厚度为3～6μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TiN/TiCN交替涂层中每层TiN的厚度独立地为0.1～0.5μm，每层TiCN的厚度独立地为0.1～0.5μm。6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述TiN/TiCN交替涂层的总厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：古涛，魏敏，高杰，陶旭初，杨平庆，
申请(专利权)人：江苏佳搏实业发展集团有限公司，
类型：发明
国别省市：