本发明专利技术涉及一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层及其制备方法，属于高速冲裁模制备的技术领域。其中，一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层的制备方法，包括以下步骤：S1、对高速冲裁模进行一次渗氮处理在其表面上形成一层渗氮化合物层；S2、通过辉光放电电离对高速冲裁模进行表面清洗；S3、二次复合膜层镀膜处理中采用磁控溅射离子复合镀膜方法，依次在高速冲裁模表面上形成具有CrN梯度渐变结构的底层膜、具有AlCrN梯度渐变结构的过渡膜层以及具有AlCrSiN梯度渐变结构的表面膜层。本发明专利技术具有改善高速冲裁模硬度、耐磨性、抗粘附性以及强韧性等性能，使得高速冲裁模满足铝合金易拉罐盖高速、高精密冲裁生产要求的效果。高精密冲裁生产要求的效果。高精密冲裁生产要求的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层及其制备方法
[0001]本专利技术属于高速冲裁模制备的
，尤其涉及一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层及其制备方法。
技术介绍
[0002]在冲压生产中，冲裁所用的模具称为冲裁模。铝合金易拉罐是在一定压力下使用的，因此对于罐体和罐盖的制造具有较高的精度要求；其中，铝合金易拉罐盖的冲裁一般采用高速冲裁模完成。铝合金易拉罐高速冲裁模所使用材料的一般为冷作模具钢，如Cr12MoV、SKH51等。
[0003]但是，上述冷作模具钢直接用于铝合金易拉罐高速冲裁模，存在着硬度低、耐磨性差、抗粘附性强和强韧性等特点，使得其不能够满足铝合金易拉罐高速、高精密冲裁生产的要求，因此需要对高速冲裁模进行处理。
[0004]目前，通常采用热处理技术对高速冲裁模进行处理，但铝合金易拉罐所用的高速冲裁模对刃口间隙不均匀度要求极高(一般≤0.001mm)，而冷作模具钢经热处理会发生微变形，因此采用热处理的方法来提高铝铝合金易拉罐高速冲裁模的硬度和耐磨性满足不了铝合金易拉罐高速、高精密冲裁生产的要求；并且，冷作模具钢制造的高速冲裁模(刃口)所具有的抗粘附性和强韧性，也达不到铝合金易拉罐高速、高精密冲裁生产的要求。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是为了改善高速冲裁模的硬度、耐磨性、抗粘附性以及强韧性等性能，使得高速冲裁模满足铝合金压力罐盖高速、高精密冲裁生产的要求，提供一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层及其制备方法。
[0006]第一方面，本专利技术提供的一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层的制备方法采用以下的技术方案：
[0007]一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层的制备方法，所述高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层是通过“渗氮+复合膜层镀膜”二次处理方法获得，具体包括以下步骤：
[0008]S1、一次渗氮处理：将经过前处理的高速冲裁模置于双辉等离子体多元扩渗炉中并在渗氮气氛中进行渗氮处理，在所述冲裁模刃口获得的渗氮化合物层的厚度为8μm～9μm，渗层表面硬度为65HRC的渗氮层，经过所述渗氮处理后，所述冲裁模刃口间隙不均匀度≤0.001mm；
[0009]S2、表面清洗：将经过所述渗氮处理的高速冲裁模置于磁控溅射离子镀镀膜炉中，所述高速冲裁模表面加热至380～400℃，抽真空并通入Ar，在辉光放电下，Ar电离形成Ar
+
，蚀刻所述高速冲裁模刃口进行表面清洗；同时，通过微蚀刻的作用，增加所述高速冲裁模刃口的粗糙度，提高所述复合膜层与高速冲裁模刃口基体的结合力；
[0010]S3、二次复合膜层镀膜处理：采用磁控溅射离子复合镀膜方法，在经过所述渗氮处理后的冲裁模刃口表面由内至外依次形成具有梯度渐变结构的底层膜、过渡膜层和表面膜层三层复合膜层结构；
[0011](1)底层膜的制备：将经过所述表面清洗的高速冲裁模表面加热至400～450℃，抽真空并通入氮气，开启Cr靶，通过逐步降低沉积时间的方法，在所述高速冲裁模刃口的表面上形成具有梯度渐变结构的CrN底层膜；
[0012](2)过渡膜层的制备：同时开启Cr靶和AlCr靶两个靶材，通过逐层降低基体偏压值和逐层减少沉积时间的方法，在所述底层膜背离高速冲裁模的一面上形成具有梯度渐变结构的AlCrN过渡膜层；
[0013](3)表面膜层的制备：同时开启Cr靶、AlCr靶和TiSi靶三个靶材，通过逐层降低基体偏压值和逐层降低沉积时间的方法，在所述过渡膜层背离高速冲裁模的一面上形成具有梯度渐变结构的AlCrSiN表面膜层。
[0014]通过采用上述技术方案，铝合金压力罐为盛装具有压力液体的容器，所以铝合金压力罐冲裁对于高速冲裁模的尺寸要求很高，本专利技术通过对高速冲裁模的刃口进行渗氮以及复合膜层镀膜二次处理，从而获得具有超硬、高耐磨以及性能优越刃口的高速冲裁模，使得高速冲裁模满足铝合金压力罐高速、高精密冲裁生产的要求；
[0015]其中，一次渗氮处理中，氮原子原子扩散固溶在高速冲裁模上，在其刃口的表层上形成渗氮化合物层，在保持高速冲裁模原有的冲击韧度和尺寸精度的基础上，提高了高速冲裁模刃口表面处的强度、硬度以及耐磨性，复合膜层与高速冲裁模之间的强度、硬度以及耐磨性差异较大，而在进行复合镀膜处理之前，首先对高速冲裁模进行渗氮处理，使得高速冲裁模刃口与复合膜层之间通过渗氮化合物结合，可提高复合膜层与高速冲裁模刃口之间的结合力；
[0016]在进行磁控溅射离子复合镀膜处理之前，首先利用氩气在光辉放电下电离生成的Ar
+
对经过渗氮处理的高速冲裁模表面进行清理，一方面可去除高速冲裁模表面的氧化物等杂质；另一方面，通过微蚀刻的作用增加高速冲裁模表面的粗糙度，可进一步提高超硬复合膜层与渗氮化合物层之间的结合力；
[0017]进行渗氮处理之后采用磁控溅射离子镀膜技术对高速冲裁模的刃口进行二次复合膜层镀膜处理，在高速冲裁模刃口的表面上沉积多层梯度渐变的超硬复合膜层，复合膜层沿着远离高速冲裁模的方向硬度逐渐增强；
[0018]其中，底层膜与渗氮化合物层之间的性质较为相近，使得复合膜层能够与高速冲裁模的刃口形成良好的结合，并且底层膜沿着远离高速冲裁模的方向硬度、强度增强，底层膜能够与过渡膜层靠近高速冲裁模一面的膜层晶格相近，匹配度好，使得底层膜能够与过渡层更好地结合；且过渡膜层的晶格以及力学性能介于底层膜与表面膜层之间，过渡膜层靠近表面膜层部分的膜层晶格与表面膜层晶格相近，匹配度好，使得过渡膜层在于底层膜形成良好结合的同时也能与表面层膜层形成良好的结合；而表层膜层具有的梯度渐变结构，使得表层膜层的两侧面具有不同的性质，其中一面与过渡膜层的晶格更适配，使得表层膜层能够与过渡膜形成良好的结合，而另一面具有超硬、超耐磨的表层性能，能够达到铝合金易拉罐高速、高精密冲裁生产的要求。
[0019]进一步地，所述渗氮处理中，所述前处理是对所述高速冲裁模刃口的表面进行打
磨后，依次使用丙酮、乙醇进行超声清洗；
[0020]任选的，所述渗氮处理中，炉内渗氮气氛中N和H原子的比例为1：3，氮气的流量为90～110mL/min，阴极电压为650～750V，处理时间为3
‑
5h；
[0021]任选的，所述渗氮处理中，所述高速冲裁模刃口的表面上形成的所述渗氮化合物层的厚度为8～9μm，表面硬度为65HRC；
[0022]任选的，所述表面清洗中，抽真空至真空度为0.3～0.7Pa，氩气的流量为200～250sccm，辉光放电电离的偏压值为
‑
500～
‑
600V，清洗时间为10～20min。
[0023]进一步地，所述底层膜包括至少三层呈渐变趋势的CrN层，所述底层膜的制备中，抽真空至真空度为0.1～0.3Pa，氮气的流量为230～280sccm，Cr靶的平均电流值为110～120A，偏压值为
‑...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层的制备方法，其特征在于：所述高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层是通过渗氮加复合膜层镀膜二次处理方法获得，具体包括以下步骤：S1、一次渗氮处理：将经过前处理的高速冲裁模置于双辉等离子体多元扩渗炉中并在渗氮气氛中进行渗氮处理，在所述冲裁模刃口获得的渗氮化合物层的厚度为8μm～9μm，渗层表面硬度为65HRC的渗氮层，经过所述渗氮处理后，所述冲裁模刃口间隙不均匀度≤0.001mm；S2、表面清洗：将经过所述渗氮处理的高速冲裁模置于磁控溅射离子镀镀膜炉中，所述高速冲裁模表面加热至380～400℃时抽真空并通入Ar，在辉光放电下，Ar电离形成Ar
+
，蚀刻所述高速冲裁模刃口进行表面清洗；同时，通过微蚀刻的作用，增加所述高速冲裁模刃口的粗糙度，提高所述复合膜层与高速冲裁模刃口基体的结合力；S3、二次复合膜层镀膜处理：采用磁控溅射离子复合镀膜方法，在经过所述渗氮处理后的冲裁模刃口表面由内至外依次形成具有梯度渐变结构的底层膜、过渡膜层和表面膜层三层复合膜层结构；(1)底层膜的制备：将经过所述表面清洗的高速冲裁模表面加热至400～450℃，抽真空并通入氮气，开启Cr靶，通过逐步降低沉积时间的方法，在所述高速冲裁模刃口的表面上形成具有梯度渐变结构的CrN底层膜；(2)过渡膜层的制备：同时开启Cr靶和AlCr靶两个靶材，通过逐层降低基体偏压值和逐层减少沉积时间的方法，在所述底层膜背离高速冲裁模的一面上形成具有梯度渐变结构的AlCrN过渡膜层；(3)表面膜层的制备：同时开启Cr靶、AlCr靶和TiSi靶三个靶材，通过逐层降低基体偏压值和逐层降低沉积时间的方法，在所述的过渡膜层背离高速冲裁模的一面上形成梯度渐变的AlCrSiN表面膜层。2.根据权利要求1所述的铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层的制备方法，其特征在于：所述渗氮处理中，所述前处理是对所述高速冲裁模刃口的表面进行打磨后，依次使用丙酮、乙醇进行超声清洗；任选的，所述渗氮处理中，炉内渗氮气氛中N和H原子的比例为1：3，氮气的流量为90～110mL/min，阴极电压为650～750V，处理时间为3
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5h；任选的，所述渗氮处理中，所述高速冲裁模刃口的表面上形成的所述渗氮化合物层的厚度为8～9μm，表面硬度为65HRC；任选的，所述表面清洗中，抽真空至真空度为0.3～0.7Pa，氩气的流量为200～250sccm，辉光放电电离的偏压值为
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500～
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600V，清洗时间为10～20min。3.根据权利要求1所述的铝合金易拉罐盖高速冲裁模刃口梯度渐变超硬复合膜层的制备方法，其特征在于：所述底层膜包括至少两层呈渐变趋势的CrN层；所述底层膜的制备中，抽真空至真空度为0.1～0.3Pa，氮气的流量为230～280sccm，Cr靶的平均电流值为110～120A，偏压值为
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120～
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100V，定义最靠近高速冲裁模一侧的CrN层为第一层CrN层，所述第一层CrN层的镀膜时间为5～8min，且镀膜时间随着CrN层层数的增加而减少，镀膜时间减少的幅度为2～3min/层；任选的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭幼丹，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：
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