【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于技术涂层，具体涉及一种热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法。
技术介绍
1、很多有色金属和钢的型材、管材和异型材是采用热挤压工艺成形的。热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。对在高温条件下磨损情况严重的热挤压模具，特别是挤压复杂形状工件的模具，一般会在热挤压模具表面增加涂层来提高其服役寿命。目前，常见的热挤压模具涂层有钨钢涂层，适合热挤压模具的钨钢涂层硬度最高在75hrc左右，硬度低于75hrc则耐磨性大大降低，硬度高于75hrc则容易出现裂纹，从而导致钨钢涂层失效。
2、氮化物涂层是在模具表面进行氮化处理得到，氮化处理是指一种在指定的温度下一定介质中使得氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。经过氮化处理的模具制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和耐高温性，可有效降低模具表面摩擦系数，延长模具使用寿命，降低生产成本。
3、其中，氮化钛铝(tialn)涂层因其涂层沉积颗粒的纳米化，可以增强涂层与基体以及各层间的结合强度，同时可以降低涂层表面粗糙度，增加表面光洁度，增强表面防腐蚀性而耐磨性。故氮化钛铝涂层被广泛应用在冶金模具、五金模具以及医疗器械、人造关节等领域。
4、但是，现有的氮化钛铝涂层中铝含量较低为了提高涂层的硬度和耐高温性，往往需要加入其他元素来提高涂层的综合性能。例如专利cn113151781a中公开了一种氮化钛铝型超硬涂层及其制备方法，超硬涂层包括氮化钛铝层和沉积于氮化钛铝层上的功能层，所述功能层中钨的含量为8-12at％，硅的含量为8-12at％。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：提供一种热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，得到的氮化钛铝涂层中铝含量为55-60％，耐高温性达到900℃以上，硬度达到3300hv以上，提高了热挤压模具的使用寿命。
2、本专利技术所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)模具升温：将清洗烘干后的热挤压模具置于镀膜室中，在真空条件下以2-5℃/min的速率升温至180-220℃；
4、(2)预轰击：向镀膜室通入氩气至真空度达到1×10-1-5×10-1pa，开启弧源进行离子轰击；
5、(3)沉积涂层：向镀膜室内通入氮气，使混合气体总压强保持在1×10-1-5×10-1pa，钛铝合金靶的弧电流置于60-80a，基体偏压为20-30v，在热挤压模具表面沉积形成厚度为3-4μm的氮化钛铝涂层；
6、(4)淬火：将表面沉积氮化钛铝涂层后的热挤压模具在700-800℃温度下进行淬火；
7、(5)模具降温：淬火结束后，先将热挤压模具降温至400-500℃，保温30-60min，再自然冷却，得到热挤压模具用氮化钛铝涂层。
8、步骤(1)中，清洗时，将热挤压模具在无水乙醇中超声清洗5-30min。
9、步骤(1)中，烘干时，在50-80℃下烘干10-30min。
10、步骤(1)中，升温时保持镀膜室真空度在1×10-4-1×10-3pa。本专利技术在真空条件下以2-5℃/min的速率升温至180-220℃，升温速度缓慢，以保证热挤压模具内部和表面温度均匀上升，有利于涂层的均匀性沉积。
11、步骤(2)中，离子轰击时间为5-15min。
12、步骤(3)中，钛铝合金靶中铝的占比为55-60at.％。
13、本专利技术在tin加入al元素，在tialn晶体薄膜中，al原子置换tin中的一部分ti原子后使晶格发生畸变，晶格畸变度大的涂层，一方面晶界增多，另一方面位错多且不易滑动，从而使涂层硬度的提高；而且al元素能大大降低tin涂层在切削时的氧化磨损，当模具温度超过约749℃时，涂层的外表面转化为氧化铝，可以阻止进一步氧化，起到保护模具的作用，从而延长模具的使用寿命。
14、tialn涂层中al含量变化，硬度值也随之变化，纯tin的硬度约为2000hv，理论上随着al含量的增加，tialn的硬度值也随之增大。但本专利技术在研究过程中发现，当al:ti＝6:4时，tialn的硬度值增加到最高值，当al含量超过60％时，tialn的硬度值开始下降。这是由于当al含量小于60％时，微观结构中有柱状结构存在；而当al含量超过60％时，微观结构中的柱状结构消失，且晶粒尺寸变小，晶格结构的变化影响涂层的硬度值。
15、步骤(3)中，氮化钛铝涂层沉积时间为90-120min。
16、在进行阴极电弧蒸发沉积tialn涂层时，目前行业内一般采用高于100v的偏压值进行沉积。但本专利技术在研究过程中发现，偏压值会在很大程度上影响涂层中al的含量，当偏压大于100v时，反应离子产率较低，基体表面发生明显的自溅射作用，沉积速率会降低，膜层表面遭到刻蚀，变得粗糙无光泽；通过降低偏压，可以改善涂层的耐磨性能，当偏压在20-30v之间时涂层的耐磨性最好。随着偏压的增大，最终形成的氮化钛铝涂层中al含量会逐渐减少，这主要有以下两方面原因：(1)ti和al的离化程度存在差异，ti的离化率高达80％，而al的离化率为50％，高离化的ti离子优先被吸引到基体；(2)ti离子和al离子溅射系数的差异以及他们自身所带电荷的差异导致了上述的结果，反溅射随着偏压的增大而增加，由于ti原子比al原子重，因此al原子比ti原子更容易发生反溅射。
17、步骤(4)中，淬火在淬火油中进行，淬火时间为30-60min。本专利技术对表面沉积氮化钛铝涂层后的热挤压模具进行再淬火处理，一方面可以提高涂层与模具基体的结合力，另一方面通过淬火保温使涂层的硬度分布均匀，减少高温条件下变形开裂的发生。
18、步骤(5)中，淬火结束后，采用淬火油冷却方式进行降温。本专利技术在对表面沉积氮化钛铝涂层后的热挤压模具进行降温时，采用分段降温的方式，以进一步提高涂层与模具基体的结合力以及涂层的硬度。
19、本专利技术所述的制备方法制备的热挤压模具用氮化钛铝涂层，厚度为3-4μm，氮化钛铝涂层与热挤压模具结合强度大于60n，耐高温性达到900℃以上，硬度达到3300hv以上，钢摩擦系数低于0.3。
20、本专利技术的目的旨在仅通过元素含量的设计以及涂层制备工艺的改进，来提高tialn涂层的硬度和耐高温性能，延长热挤压模具在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下的服役时间。在一些实施方式中，还可以根据实际需求，在tialn涂层中加入si元素，起到细化晶粒、提高硬度的作用，也可以加入y和cr提高抗氧化能力，或者加入v和zr提高抗磨损能力，等等。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
22、(1)本专利技术通过增加tialn涂层中al元素的含量，来降低tialn涂层在切削时的氧化磨损，同时保持tialn涂层中al元素本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，清洗时，将热挤压模具在无水乙醇中超声清洗5-30min。
3.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，烘干时，在50-80℃下烘干10-30min。
4.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，升温时保持镀膜室真空度在1×10-4-1×10-3Pa。
5.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，离子轰击时间为5-15min。
6.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，钛铝合金靶中铝的占比为55-60at.％。
7.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，氮化钛铝涂层沉积时间为90-120min。
8.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮
9.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，淬火结束后，在淬火油中进行降温。
10.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：所制备的热挤压模具用氮化钛铝涂层，厚度为3-4μm，氮化钛铝涂层与热挤压模具结合强度大于80N/m2，耐高温性达到900℃以上，硬度达到3300HV以上，钢摩擦系数低于0.3。
...【技术特征摘要】
1.一种热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，清洗时，将热挤压模具在无水乙醇中超声清洗5-30min。
3.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，烘干时，在50-80℃下烘干10-30min。
4.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，升温时保持镀膜室真空度在1×10-4-1×10-3pa。
5.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，离子轰击时间为5-15min。
6.根据权利要求1所述的热挤压模具用氮化钛铝涂层的制备方法，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟，蔡莹，高永利，
申请(专利权)人：山东伟瑞制冷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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