一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及模具涂层领域，具体涉及一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法，所述涂层由内到外分别为基础层、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TiSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为TiSiAlCrCN/TiSiAlCrCON交替层。由于基础层为AlCrN、复合层AlCrN/TiSiN，不需刻意通过改变偏压、气压等参数，AlCrN与AlCrN/TiSiN层材料属性就自然形成了硬度梯度；同时涂层中的Al、Cr、Si等的存在一方面优化了模具表面的表面能，另一方面从基底层就有效的改善涂层的红硬性。涂层的红硬性。涂层的红硬性。

【技术实现步骤摘要】
一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及模具涂层制备
，具体涉及一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]压铸铝模具是铝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铝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]铝合金压铸过程中，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。同时铝合金压铸过程中，铝合金与模具表面材料易亲和，出现粘料、脱模困难。
[0004]在不改变模具材料的前提下，为提高压铸铝模具的使用寿命，表面处理是其主要的技术手段。其中传统的渗氮、渗金属、熔覆等工艺虽然能实现压铸模具的表面强化，但渗氮对硬度的提升效果不大；而渗金属需要较高温度容易造成模具变形；而熔覆适用于形状较为简单的模具表面，对多孔等模具很难得到应用。
[0005]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。
[0006]目前，常规的PVD制备的压铸铝模具涂层主要包括纯金属、单元氮化物、单元与多元氮化物复合支撑层、多元氮化物与氮氧化物的复合增硬层以及抗粘层，由于传统磁控溅射或电弧离子镀离子能量低，因此采用多梯度、渐进式的涂层沉积来实现由软到硬的过渡沉积的方式，随后进行功能层（高硬、抗粘、耐腐蚀）的沉积；但是，这种技术不仅沉积过程繁琐，而且磁控过程中离子能量低，形成的涂层反应不充分以及电弧离子镀中存在大量大颗粒，导致涂层表面不够均匀，影响模具压铸形成的成品的质量，且影响模具使用寿命。

技术实现思路

[0007]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，而提供一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法。
[0008]本专利技术所采取的技术方案如下：一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法，所述涂层由内到外分别为基础层、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TiSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为TiSiAlCrCN/
TiSiAlCrCON交替层；所述制备方法于脉冲弧源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靶和两列TiSi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TiSi靶，相向设置的AlCr靶和TiSi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TiSi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）采用离子清洗源对模具表面进行等离子清洗；3）通入氮气，开启至少一列的AlCr靶，沉积AlCrN层；4）通入氮气，同时开启一组相向设置的TiSi靶及AlCr靶，沉积AlCrN/TiSiN复合层；5）通入乙炔、氮气、氩气，同时开启一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶，沉积TiSiAlCrCN层；6）通入氧气、乙炔、氮气、氩气，同时开启一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶，沉积TiSiAlCrCON层；7）交替重复步骤5）和步骤6），形成多层循环纳米层。
[0009]所述的基础层厚度为300
‑
1500纳米，所述的复合过渡层厚度为100
‑
800纳米，多层循环纳米层厚度为100
‑
1000纳米；所述TiSiAlCrCON层的厚度占多层循环纳米层厚度的比例不高于30%。
[0010]两列金属AlCr靶和两列TiSi靶按顺时针方向分布依次为第一AlCr靶、第一TiSi靶、第二AlCr靶、第二TiSi靶，其中第一AlCr靶和第二TiSi靶相向设置分别位于待镀模具的两侧；第一AlCr靶和第一TiSi靶形成的一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶、第一TiSi靶和第二AlCr靶形成的一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶、第二AlCr靶和第二TiSi靶形成的一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶中的其中两组或三组在步骤4）
‑
6）中的至少部分过程中交替间隙使用。
[0011]步骤3）和步骤4）中，脉冲弧靶的脉冲弧放电采用基值电流叠加脉冲弧电流放电的方式，其基值电流为20
‑
40A，高值脉冲电流为300
‑
1500A，频率为30
‑
150Hz，占空比10
‑
40%。
[0012]步骤5）中，乙炔、氮气、氩气混合为混合气体通入，其中，氩气所占的原子比不低于30%，氮气所占原子比不高于60%，乙炔所占原子比不高于20%。
[0013]步骤6）中，氧气、乙炔、氮气、氩气混合为混合气体通入，其中，氩气所占的原子比不低于30%，氮气所占原子比不高于60%，乙炔所占原子比不高于20%，氧气所占原子比不高于20%。
[0014]步骤5）与步骤6）沉积的单层时间为1
‑
5min，其中步骤5）沉积的单层时间至少是步骤6）沉积的单层时间的3倍以上。
[0015]步骤5）、6）的循环次数不少于4次，碳氧化物层为涂层最外层。
[0016]步骤2）中，等离子清洗设置参数如下：偏压设置为20
‑
300V、占空比60
‑
80%、频率15
‑
30khz，通入氩气、氢气，控制气压为2
‑
5Pa，时间为10
‑
140min。步骤2）中的等离子清洗包括但不限于离子源、偏压辉光清洗、热丝清洗、弧激发的电子离化源。
[0017]步骤3）、4）中，偏压设置为20
‑
200V、占空比60
‑
80%、频率15
‑
30khz，控制气压为2
‑
5Pa；步骤5）、6）中，控制气压1
‑
3Pa，偏压设置为20
‑
200V、占空比60
‑
80%、频率15
‑
30khz。
[0018]本专利技术的有益效果如下：1. 本专利技术直接在模具表面沉积二元氮化物层作为基础层，摒弃了现阶段金属、氮化物、多元氮化物的梯度层这一繁琐的沉积工艺，这一方面是因为本专利技术采用脉冲弧的技术优势，另一方面也是本专利技术对于模具表面深度等离子清洗的效果；本专利技术极大地简化了涂层的工艺步骤；2. 本专利技术采用基础层为AlCrN、复合层为AlCrN/TiSiN，不需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法，其特征在于：所述涂层由内到外分别为基础层、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TiSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为TiSiAlCrCN/TiSiAlCrCON交替层；所述制备方法于脉冲弧源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靶和两列TiSi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TiSi靶，相向设置的AlCr靶和TiSi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TiSi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）采用离子清洗源对模具表面进行等离子清洗；3）通入氮气，开启至少一列的AlCr靶，沉积AlCrN层；4）通入氮气，同时开启一组相向设置的TiSi靶及AlCr靶，沉积AlCrN/TiSiN复合层；5）通入乙炔、氮气、氩气，同时开启一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶，沉积TiSiAlCrCN层；6）通入氧气、乙炔、氮气、氩气，同时开启一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶，沉积TiSiAlCrCON层；7）交替重复步骤5）和步骤6），形成多层循环纳米层。2.根据权利要求1所述的压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法，其特征在于：所述的基础层厚度为300
‑
1500纳米，所述的复合过渡层厚度为100
‑
800纳米，多层循环纳米层厚度为100
‑
1000纳米；所述TiSiAlCrCON层的厚度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所述的压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法，其特征在于：两列金属AlCr靶和两列TiSi靶按顺时针方向分布依次为第一AlCr靶、第一TiSi靶、第二AlCr靶、第二TiSi靶，其中第一AlCr靶和第二TiSi靶相向设置分别位于待镀模具的两侧；第一AlCr靶和第一TiSi靶形成的一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶、第一TiSi靶和第二AlCr靶形成的一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶、第二AlCr靶和第二TiSi靶形成的一组相邻设置的TiSi靶及AlCr靶中的其中两组或三组在步骤4）
‑
6）中的至少部分过程中交替间隙使用。4.根据权利要求1所述的压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，蒋慧珍，张慧，刘艳杰，赵涣波，陈盛旭，林振宇，任肖炜，
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：