一种冲压模具的超声清洗及其表面CrAlN涂层的制备制造技术

本发明专利技术公开了一种冲压模具的超声清洗及其表面CrAlN涂层的制备，属于高强度板冲压模具制备技术领域，具体涉及采用了冲压模具作为基材，基材用渗氮的方式进行硬化，提高基材的承载力，避免蛋壳效应；涂层中第一层为结合层，结合层确保整个基材和涂层的附着力，第二层为结构相对疏松的能量吸收层，当来自外界的高强度压力时，可对应力进行吸收和转移，类似于“海绵弹性”的效果，第三层为主要功能层，主要功能层承接大部分来自外界的冲击应力，第四层为表面功能层，表面功能层是一个高硬度的表层，来抵抗与加工材料的磨损。抵抗与加工材料的磨损。抵抗与加工材料的磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种冲压模具的超声清洗及其表面CrAlN涂层的制备


[0001]本专利技术属于高强度板冲压模具制备
，具体涉及一种冲压模具的超声清洗及其表面CrAlN涂层的制备。

技术介绍

[0002]CN101818321A公开了高硬度高弹性模量CrAlN保护涂层及其制备方法，文件中指出底层是Cr过渡层，厚度为400
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600nm，外层是CrAlN涂层，为致密的陶瓷涂层，厚度为2.2
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2.9μm，所采用的的制备方法为溅射镀膜法。通过该方法获得高硬高韧的CrAlN涂层。CN114645248A公开了一种表面抗咬合薄膜材料及其制备方法，文件中指出通过多弧离子镀的方法制备底层Cr，过渡层CrN以及CrAlBN功能层制得薄膜，从而解决航空中螺母粘结问题。CN113416926A公开了一种纳米多层结构过渡金属氮化物涂层及其制备方法和应用，通过多弧离子镀的方法制备CrAlN涂层的叠层涂层从而改善双金属带锯条的切屑性能。
[0003]现有技术的缺点在于制备的CrAlN涂层厚度较薄，基本在5μm以下，这主要是由于涂层的应力大，过厚的膜厚会导致涂层和基体之间出现崩碎，失去保护作用。然而应用于高强度冲压模具的涂层，涂层过薄的情况下，对模具所起到的保护作用不明显，因此需要设计者通过合理的涂层结构设计，来获得硬度高，韧性好，厚度足够的纳米涂层。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种硬度高、弹性模量高的冲压模具的超声清洗及其表面CrAlN涂层的制备。
[0005]本专利技术通过涂层合理的结构设计，来获得一款应用于冲压模具的纳米涂层，该涂层的硬度高，韧性好，涂层与基体之间的结合力≥80N，涂层厚度可达10μm以上，仍有好的效果。而一般情况下，CrAlN涂层厚度较薄，基本在5μm以下。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种模具的CrAlN涂层，包括：基体材料，以及结合于基体材料上的CrAlN涂层；所述CrAlN涂层包括结合层、能量吸收层、主要功能层和表面功能层，结合层结合于基体材料上，能量吸收层结合于结合层上，主要功能层结合于能量吸收层上，主要功能层中至少含有CrAlN层和CrAl层的循环层；表面功能层结合于主要功能层上。本专利技术制备的CrAlN涂层包括了结合层、能量吸收层、主要功能层和表面功能层，由其结合形成高性能的CrAlN涂层，其最主要在于主要功能层上循环层的设置，本专利技术中主要功能层至少由CrAlN层和CrAl层循环沉积而成，而其中CrAlN层和CrAl层循环沉积的次数，对其性能有影响，CrAlN层和CrAl层循环沉积并非越多越好，而是在一定次数下具有最优的性能。
[0007]优选地，基体材料为冲压模具。
[0008]优选地，CrAlN涂层厚度为6.4μm以上。
[0009]优选地，CrAlN涂层厚度为10μm以上。
[0010]优选地，结合层厚度为0.4μm以上。
[0011]优选地，能量吸收层的厚度为2μm以上。
[0012]优选地，主要功能层的厚度为3μm以上。
[0013]优选地，表面功能层的厚度为1μm以上。
[0014]优选地，Cr结合层的涂层厚度为400~800nm；能量吸收层的涂层厚度为2~4μm；主要功能层的涂层厚度为3~6μm；表面功能层的厚度为1~2μm。
[0015]主要功能层包括其中CrAlN层和CrAl层的交替沉积，CrAlN层和CrAl层沉积完成一次为一个调制周期，CrAlN层和CrAl层的循环沉积层数为2
‑
10层，即其调制周期为2
‑
10。
[0016]一种应用于超声清洗后的冲压模具表面CrAlN涂层的制备方法，包括：在模具上通过多弧离子镀的方法沉积CrAlN涂层，所述CrAlN涂层包括结合层、能量吸收层、主要功能层和表面功能层，结合层结合于基体材料上，能量吸收层结合于结合层上，主要功能层结合于能量吸收层上，主要功能层中至少含有CrN层和CrAl层的循环层；表面功能层结合于主要功能层上；模具经超声清洗。
[0017]优选地，结合层的沉积：打开Cr靶，设置靶电流110
‑
130A，偏压700
‑
900V，5
‑
15s，然后偏压500
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700V，5
‑
15s，然后偏压300
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500V，5
‑
15s，然后偏压200
‑
250V，500
‑
700s。
[0018]优选地，能量吸收层的沉积：打开Cr靶，通入氮气500
‑
600sccm，气压设置为0.4
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0.6Pa，设置靶电流140
‑
160A，偏压5
‑
15V，7000
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8000s；优选地，主要功能层的沉积：关闭Cr靶，打开CrAl靶，通入氮气700
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800sccm，气压设置为3
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5Pa，设置靶电流为150
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250A，偏压90
‑
110V，时间500
‑
700s；关闭氮气，保持其他设置参数不变，时间1000
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1500s。
[0019]优选地，表面功能层的沉积中，在主要功能层沉积的基础上，打开CrAl靶，通入氮气700
‑
900sccm，气压设置为3
‑
5Pa，偏压为60
‑
80V，设置靶电流为140
‑
160A，镀膜时间3500
‑
3700s。
[0020]优选地，冲压模具的清洗中，将冲压模具于清洗液超声清洗，烘干后，得到清洗后的冲压模具。清洗液包括丙酮。
[0021]优选地，冲压模具的预处理中，将清洗后的冲压模具置于多弧离子镀设备的真空炉中，然后抽真空至3
×
10
‑3Pa以下，升温至300~400℃，通入Ar气，打开偏压电源，设置参数为120~150V，IET参数为40~60A，钨丝电流 50~70A，进行Ar离子轰击，时间15~30min；然后通入N2，IET参数为50~70A，钨丝电流80~100A，偏压设置为40~100V，时间为120min；然后进行清靶，打开Cr靶和CrAl靶，设置靶电流150A，偏压0V，清靶时间为2min，得到预处理后的冲压模具。
[0022]优选地，冲压模具的镀膜中，采用多弧离子镀的方法对预处理后的冲压模具进行沉积CrAlN涂层。CrAlN涂层的沉积中，包括了结合层、能量吸收层、主要功能层和表面功能层，其中，结合层位于冲压模具表面，在结合层上沉积能量吸收层，在能量吸收层上沉积主要功能层，主要功能层可循环沉积，依所需要循环次数进行沉积之后，在最外层沉积表面功能层。
[0023]更优选地，结合层的沉积中，打开Cr靶，设置靶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模具的CrAlN涂层，包括：基体材料，以及结合于基体材料上的CrAlN涂层；所述CrAlN涂层包括结合层、能量吸收层、主要功能层和表面功能层，结合层结合于基体材料上，能量吸收层结合于结合层上，主要功能层结合于能量吸收层上，主要功能层中至少含有CrAlN层和CrAl层的循环层；表面功能层结合于主要功能层上。2.根据权利要求1所述的一种模具的CrAlN涂层，其特征是：所述基体材料为冲压模具。3.根据权利要求1所述的一种模具的CrAlN涂层，其特征是：所述CrAlN涂层厚度为6.4μm以上；或，CrAlN涂层厚度为10μm以上。4.根据权利要求1所述的一种模具的CrAlN涂层，其特征是：所述能量吸收层的涂层厚度为2~4μm；或，表面功能层的厚度为1~2μm。5.根据权利要求1所述的一种模具的CrAlN涂层，其特征是：所述主要功能层的厚度为3μm以上；或，主要功能层的涂层厚度为3~6μm。6.一种应用于超声清洗后的冲压模具表面CrAlN涂层的制备方法，包括：在模具上通过多弧离子镀的方法沉积CrAlN涂层，所述CrAlN涂层包括结合层、能量吸收层、主要功能层和表面功能层，结合层结合于基体材料上，能量吸收层结合于结合层上，主要功能层结合于能量吸收层上，主要功能层中至少含有CrN层和CrAl层的循环层；表面功能层结合于主要功能层上；所述模具经超声清洗。7.根据权利要求6所述的一种应用于超声清洗后的冲压模具表面CrAlN涂层的制备方法，其特征是：所述结合层的沉积：打开Cr靶，设置靶电流110
‑
130A，偏压700
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900V，5
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15s，然后偏压500
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700V，5
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15s，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺林青，李庆超，沈学忠，
申请(专利权)人：纳狮新材料有限公司东莞瀚晶纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：