一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法技术

本发明专利技术属于模具涂层制备技术领域，尤其是涉及一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法，所述碳氧氮涂层由内到外分别为渗氮层、基础层、复合过渡层、多层循环纳米层；其中基础层为AlCrN、复合过渡层为CrSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为SiAlCrCN/SiAlCrCON交替层。渗氮层和多层循环纳米层均采用离子清洗装置进行离子注入，碳化物形成弥散强化的效果，增加晶粒细化，提升涂层的耐磨性，降低摩擦系数；氧化物在涂层中形成了纳米级的间隙，可以有效的降低涂层表面的表面能，抑制了模具使用过程中高温状态下的氧化速度，有效的提升了模具寿命。具寿命。具寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法


[0001]本专利技术属于模具涂层制备
，尤其是涉及一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法。

技术介绍

[0002]压铸模具是低温金属合金成型加工中的一种重要工具，其在金属低速或高速液流入型腔时，可施加一定的压力实现合金铸造过程中的锻压。压铸模具造价高昂，可实现大批次大数量的产品成型。
[0003]压铸过程中，模具一方面反复冷热交替，模具表面及内部受反复循环的热应力，产生微裂纹。同时压铸过程中，低温金属合金与模具表面材料易亲和，出现粘料、脱模困难。
[0004]PVD是现阶段对压铸铝模具进行表面处理的较为优势的一种技术手段，其一方面通过沉积涂层可以提升模具表面硬度，另一方面其加工温度较低，并不能对模具产生变形。现有技术发现，对于压铸铝模具来说，提升模具寿命的主要技术原理是；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温氧化性。模具表面硬度的提高，可有效保护模具表面，防止液态铝的侵蚀，提升热开裂的抗力；降低模具表面的表面能，可以使得液态铝与模具之间的粘合力降低，便于脱模；而模具表面的抗高温氧化性越好，其表面结构越稳定，使用寿命越长。
[0005]现有的pvd制备压铸模具涂层主要是功能元素是Al、Si、C、O、N，其中N可以实现模具渗氮、氮化物陶瓷相有效提升表面硬度，Al元素可以改善涂层表面能，同时与氧气可以形成氧化铝，阻碍模具表面的进一步氧化，Si主要是可以形成非晶氮化硅等，高效提升模具表面硬度，C一方面形成碳化物，提升耐磨性。另一方面碳进入晶相之间，可以造成晶格畸变，强化材料性能；O也可以改善表面能及抗高温氧化性。目前，大多采用电弧沉积技术制备压铸模具表面的涂层，在电弧沉积放电过程中，会产生大量大颗粒，影响涂层性能，同时碳原子与氧原子极易造成靶面中毒（虽然没有磁控那么严重，）但靶面中毒也将会影响涂层沉积过程中的放电。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法。
[0007]本专利技术所采取的技术方案如下：一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法，所述碳氧氮涂层由内到外分别为渗氮层、基础层、复合过渡层、多层循环纳米层；其中基础层为AlCrN、复合过渡层为CrSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为SiAlCrCN/SiAlCrCON交替层；所述制备方法于真空镀膜设备中进行，其配置有脉冲弧源和离子清洗装置，所述脉冲弧源包括至少一列的金属AlCr靶和至少一列的CrSi靶，所述脉冲弧源具有至少一组脉
冲弧源为相向设置的AlCr靶和CrSi靶，相向设置的AlCr靶和CrSi靶分别位于待镀模具的两侧，所述脉冲弧源具有至少一组脉冲弧源为相邻设置的AlCr靶和CrSi靶；所述制备方法包括以下步骤：1）将待镀模具放入真空镀膜装置中，进行预热；2）通入氩气、氢气，采用离子清洗源对模具表面进行等离子清洗；3）通入氮气、氩气，利用离子清洗装置对模具表面进行渗氮，形成渗氮层；4）通入氮气，开启至少一列的AlCr靶，沉积AlCrN层；5）通入氮气，同时开启一组相向设置的CrSi靶及AlCr靶，沉积CrSiN/AlCrN复合层；6）通入氮气，同时开启一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶，沉积SiAlCrN层；7）开启离子清洗装置，通入氩气、乙炔，在SiAlCrN层采用离子注入的方式形成SiAlCrCN层；8）通入氮气，同时开启一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶，沉积SiAlCrN层；9）开启离子清洗装置，通入氩气、氧气，在SiAlCrC层采用离子注入的方式形成SiAlCrCON层；步骤6）
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步骤9）依次循环重复进行多次。
[0008]所述的渗氮层厚度为50
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200nm，基础层厚度为300
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1000纳米，所述的复合过渡层厚度为100
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800纳米，多层循环纳米层厚度为100
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1000纳米，SiAlCrCON层占多层循环纳米层厚度的比例不高于30%。
[0009]所述离子清洗装置为热丝离化装置或弧激发的电子离化装置；所述热丝离化装置中灯丝上的电流设置为100
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300A，阳极电流设置为50
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150A；所述弧激发的电子离化装置为电弧离子镀，弧电源的正极加载在独立于整个真空腔室的悬浮电位的阳极上，弧电源的负极加载在阴极弧源上，阴极弧源靶材前设置有一个面积为靶材表面2倍左右的距离靶材70
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200mm的圆形屏蔽板，屏蔽板电位悬浮。
[0010]两列金属AlCr靶和两列CrSi靶按顺时针方向分布依次为第一AlCr靶、第一CrSi靶、第二AlCr靶、第二CrSi靶，其中第一AlCr靶和第二CrSi靶相向设置分别位于待镀模具的两侧；第一AlCr靶和第一CrSi靶形成的一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶、第一CrSi靶和第二AlCr靶形成的一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶、第二AlCr靶和第二CrSi靶形成的一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶中的其中两组或三组在步骤5）、步骤6）和步骤8）中的至少部分过程中交替间隙使用。
[0011]步骤7）中通入氩气、乙炔混合气体，其中氩气与乙炔的原子比不小于1：1。
[0012]步骤9）中通入氩气、氧气混合气，其中氧气所占原子比不高于40%。
[0013]步骤6）和步骤8）沉积的单层时间中，步骤6）时间至少是步骤8）时间的2倍以上，步骤7）和步骤9）离子注入的时间分别根据步骤6）和步骤8）所沉积的膜层厚度进行设置。
[0014]步骤6）、7）、8）、9）的循环次数不少于6次，SiAlCrCON层为涂层最外层。
[0015]步骤2）中，偏压设置为20
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300V、占空比60
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80%、频率15
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30khz，控制气压为2
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5Pa，时间为10
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140min；步骤3）中，偏压设置为200
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800V，占空比60
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80%、频率15
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30khz，控制气压为3
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8Pa，时间为30
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100min；
步骤4）中，偏压设置为20
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200V、占空比60
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80%、频率15
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30khz，控制气压为2
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5Pa，沉积时间10
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50min；步骤5）中，偏压设置为20
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200V、占空比60
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80%、频率15
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30khz，控制气压为2
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5Pa，沉积时间10
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30min；步骤6）中，偏压设置为20
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200V、占空比60
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80%、频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法，其特征在于：所述碳氧氮涂层由内到外分别为渗氮层、基础层、复合过渡层、多层循环纳米层；其中基础层为AlCrN、复合过渡层为CrSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为SiAlCrCN/SiAlCrCON交替层；所述制备方法于真空镀膜设备中进行，其配置有脉冲弧源和离子清洗装置，所述脉冲弧源包括至少一列的金属AlCr靶和至少一列的CrSi靶，所述脉冲弧源具有至少一组脉冲弧源为相向设置的AlCr靶和CrSi靶，相向设置的AlCr靶和CrSi靶分别位于待镀模具的两侧，所述脉冲弧源具有至少一组脉冲弧源为相邻设置的AlCr靶和CrSi靶；所述制备方法包括以下步骤：1） 将待镀模具放入真空镀膜装置中，进行预热；2）通入氩气、氢气，采用离子清洗源对模具表面进行等离子清洗；3）通入氮气、氩气，利用离子清洗装置对模具表面进行渗氮，形成渗氮层；4）通入氮气，开启至少一列的AlCr靶，沉积AlCrN层；5）通入氮气，同时开启一组相向设置的CrSi靶及AlCr靶，沉积CrSiN/AlCrN复合层；6）通入氮气，同时开启一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶，沉积SiAlCrN层；7）开启离子清洗装置，通入氩气、乙炔，在SiAlCrN层采用离子注入的方式形成SiAlCrCN层；8）通入氮气，同时开启一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶，沉积SiAlCrN层；9）开启离子清洗装置，通入氩气、氧气，在SiAlCrC层采用离子注入的方式形成SiAlCrCON层；步骤6）
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步骤9）依次循环重复进行多次。2.根据权利要求1所述的压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法，其特征在于：所述的渗氮层厚度为50
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200nm，基础层厚度为300
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1000纳米，所述的复合过渡层厚度为100
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800纳米，多层循环纳米层厚度为100
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1000纳米，SiAlCrCON层占多层循环纳米层厚度的比例不高于30%。3.根据权利要求1所述的压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法，其特征在于：所述离子清洗装置为热丝离化装置或弧激发的电子离化装置；所述热丝离化装置中灯丝上的电流设置为100
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300A，阳极电流设置为50
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150A；所述弧激发的电子离化装置为电弧离子镀，弧电源的正极加载在独立于整个真空腔室的悬浮电位的阳极上，弧电源的负极加载在阴极弧源上，阴极弧源靶材前设置有一个面积为靶材表面2倍左右的距离靶材70
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200mm的圆形屏蔽板，屏蔽板电位悬浮。4.根据权利要求1所述的压铸模具表面离子注入制备碳氧氮涂层的方法，其特征在于：两列金属AlCr靶和两列CrSi靶按顺时针方向分布依次为第一AlCr靶、第一CrSi靶、第二AlCr靶、第二CrSi靶，其中第一AlCr靶和第二CrSi靶相向设置分别位于待镀模具的两侧；第一AlCr靶和第一CrSi靶形成的一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶、第一CrSi靶和第二AlCr靶形成的一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶、第二AlCr靶和第二CrSi靶形成的一组相邻设置的CrSi靶及AlCr靶中的其中两组或三组在步骤5）、步骤6）和步骤8）中的至少部分过程中交替间隙使用。5.根据权利要求1所述的压铸模具表...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，钱琦嘉，蒋慧珍，郭景燕，林振宇，陈盛旭，赵涣波，刘艳杰，
申请(专利权)人：温州瑞明工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：