工模具的高熵合金涂层制备工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种工模具的高熵合金涂层制备工艺，首先，将Ni、Co、Fe、Cr、Ti以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层；最后，将所述高熵合金氮化物薄膜涂层放入一个空气气氛炉中，在所述空气气氛炉中在500至1000摄氏度的范围内对其氧化1小时后，再通入氮气在500至1000摄氏度的范围内对其进行1小时的热处理。本发明专利技术提供了一种能在保证涂层良好的高温稳定性以及与基体有着较高的结合强度的情况下，涂层的硬度、耐磨性及韧性都有明显提高的工模具的高熵合金涂层制备工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工模具上的涂层制备技术，尤其涉及一种工模具的高熵合金涂层制备工艺。
技术介绍
近年来，难加工材料、模具以及有些产品无切削液的加工要求，导致在高速切削、重切削及工件温度升温极快的加工环境下，易产生高温而导致刀具加速磨损、崩刃或造成刀具损伤以及模具表面磨损严重等，降低工模具使用寿命以及工模具表面粗糙度很差等现象。近年来，刀具、模具涂层技术发展迅速，工模具材料与纳米结构涂层技术相结合，使刀具的加工范围进一步扩大，涂层工模具材料为高速切削、硬切削、干切削和反复摩擦磨损的实现创造条件。目前常用的涂层材料为TiC、TiN, Ti (C，N)、TiAlN系列，虽然此类涂层高温稳定性好且与基体有着较高的结合强度，但是这种涂层的硬度、耐磨性及韧性与硬质合金相比还相差很多，在大规模生产中还存在许多技术难题有待解决，其中包括厚膜本身的强度以及厚膜与基体的结合强度等。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供 一种能在保证涂层良好的高温稳定性以及与基体有着较高的结合强度的情况下，涂层的硬度、耐磨性及韧性都有明显提高的工模具的高熵合金涂层制备工艺。为了解决这一技术问题，本专利技术提供了一种工模具的高熵合金涂层制备工艺，首先，将镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层；最后，将所述高熵合金氮化物薄膜涂层放入一个空气气氛炉中，在所述空气气氛炉中在500至1000摄氏度的范围内对其氧化I小时后，再通入氮气在500至1000摄氏度的范围内对其进行I小时的热处理。在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层。所述单一元素材料为钥(Mo)，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi)xMoyN0在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层，所述中间层为钛(Ti)材料。所述单一元素材料为铝(Al)，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi)xAlyN。在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层，所述中间层为铬(Cr)材料。所述单一元素材料为硅(Si)，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi)xSiyN。在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层，所述中间层为高熵合金材料。在配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料时，利用真空电弧熔炼方式反复熔炼4至5次进行制备。本专利技术采用了以NiCoFeCrTi为靶材，采用磁控溅射-共溅射法在硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层。提供了一种能在保证涂层良好的高温稳定性以及与基体有着较高的结合强度的情况下，涂层的硬度、耐磨性及韧性都有明显提高的工模具的高熵合金涂层制备工艺。具体实施例方式以下将通过三个实施例对本专利技术提供的工模具的高熵合金涂层制备工艺进行详细的描述，其为本专利技术可选的实施例，可以认为，本领域的技术人员能够根据公知的常识，在不改变本专利技术的精神和内容的范围内对其进行修改和润色。 实施例1在本实施例中，首先，将镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料，在配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料时，利用真空电弧熔炼方式反复熔炼4至5次进行制备。然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层，此过程可尝试在不同功率、基片温度及不同氮气流量的参数下，具体的参数数据可以通过有限次实验获得；在本实施例中，所述单一元素材料为钥(Mo)，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi)xMoyN，其中 0〈x〈l，0〈y〈l。在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层。在此基础上本领域的技术人员可以采用不同工艺参数和氮气流量共溅高熵合金薄膜，分析中间层种类以及厚度对薄膜残余应力以及薄膜附着力的影响规律，探讨提高薄膜附着力的工艺条件，从而通过有限次实验与测试获得最佳的工艺条件标准。本实施例中，所述中间层为钛(Ti)材料，厚度为10-100纳米。最后,将所述高熵合金氮化物薄膜涂层放入一个空气气氛炉中，在所述空气气氛炉中在500至1000摄氏度的范围内对其氧化I小时后，再通入氮气在500至1000摄氏度的范围内对其进行I小时的热处理。实施例2在本实施例中，首先，将镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料，在配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料时，利用真空电弧熔炼方式反复熔炼4至5次进行制备。然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层，此过程可尝试在不同功率、基片温度及不同氮气流量的参数下，具体的参数数据可以通过有限次实验获得；在本实施例中，所述单一元素材料为铝(Al)，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi)xAlyN，其中 0〈x〈l，0〈y〈l。在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层。在此基础上本领域的技术人员可以采用不同工艺参数和氮气流量共溅高熵合金薄膜，分析中间层种类以及厚度对薄膜残余应力以及薄膜附着力的影响规律，探讨提高薄膜附着力的工艺条件，从而通过有限次实验与测试获得最佳的工艺条件标准。本实施例中，所述中间层为铬(Cr)材料，厚度为50-500纳米。最后,将所述高熵合金氮化物薄膜涂层放入一个空气气氛炉中，在所述空气气氛炉中在500至1000摄氏度的范围内对其氧化I小时后，再通入氮气在500至1000摄氏度的范围内对其进行I小时的热处理。所以，本实施例与实施例1的区别主要在于所述单一元素材料为铝(Al)，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi)xAlyN，其中0〈x〈l，0〈y〈l。所述中间层为铬(Cr)材料。实施例3在本实施例中，首先，将镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料，在配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料时，利用真空电弧熔炼方式反复熔炼4至5次进行制备。然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层，此过程可尝试在不同功率、基片温度及不同氮气流量的参数下，`具体的参数数据可以通过有限次实验获得；在本实施例中，所述单一元素材料为硅(Si)，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi)xSiyN，其中 0〈x〈l，0〈y〈l。在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层。在此基础上本领域的技术人员可以采用不同工艺参数和氮气流量共溅高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工模具的高熵合金涂层制备工艺，其特征在于：首先，将镍、钴、铁、铬、钛以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层；最后，将所述高熵合金氮化物薄膜涂层放入一个空气气氛炉中，所述空气气氛炉中在500至1000摄氏度的范围内对其氧化1小时后，再通入氮气并在500至1000摄氏度的范围内对其进行1小时的热处理。

【技术特征摘要】
1.一种工模具的高熵合金涂层制备工艺，其特征在于:首先，将镍、钴、铁、铬、钛以等摩尔比例配置制备NiCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一个单一元素材料为靶材，采用射频磁控溅射法在一个硬质合金基体上溅镀高熵合金氮化物薄膜涂层；最后，将所述高熵合金氮化物薄膜涂层放入一个空气气氛炉中，所述空气气氛炉中在500至1000摄氏度的范围内对其氧化I小时后，再通入氮气并在500至1000摄氏度的范围内对其进行I小时的热处理。2.如权利要求1所述的工模具的高熵合金涂层制备工艺，其特征在于:在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，先在所述硬质合金基体上预先镀上一层中间层。3.如权利要求1所述的工模具的高熵合金涂层制备工艺，其特征在于:所述单一元素材料为钥，所述高熵合金氮化物薄膜涂层为(NiCoFeCrTi) xMoyN。4.如权利要求3所述的工模具的高熵合金涂层制备工艺，其特征在于:在硬质合金基体上贱镀高熵合金氮化物薄膜涂层前，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣斌，孙勇毅，汪龙，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：