本發明專利技術公開了一種含有CrNiTiAlN五元涂層的制品，所述制品以Cr層為底層，以NiCrN層為過渡層，在NiCrN層上沉積厚度為若干層的NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層，使復合涂層的厚度達到2~5μm；本發明專利技術采用多層梯度設計和鍍膜前的滲氮工藝大大提高了涂層的膜基結合強度，制備的梯度涂層在劃痕試驗中的臨界載荷高達68N，相對高于其它方法和工藝制備的相關鍍層；含CrNiTiAlN五元涂層制品的硬度可達到2880HV；大幅提高了模具和刀具表面的抗沖擊耐磨減摩性能和熱穩定性，摩擦系數和磨損失重率都大幅降低；提高了模具鋼對有機溶劑的潤濕角，表明該涂層可大幅改善模具的脫模性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種新型PVD五元涂層，用來改善刀具、模具表面硬度、表面熱穩定性和耐沖擊磨損性能，大幅提高刀具、模具的使用壽命；改善模具表面的脫模性能，提高塑料件產品成型精度，即。該方法與同類制備方法比，成本較低。
技術介紹
隨著汽車工業的迅速發展，汽車配套零件的需求量大幅度增加。其中，工件的質量、產量和生產成本往往取決于模具的質量及有效使用壽命。然而在極其惡劣的工況條件下，模具鋼經常發生早期表面失效。為防止模具發生早期失效，延長模具的使用壽命，最經濟最有效的方式就是對模具進行表面處理。PVD磁控濺射涂層能有效改善基體的硬度、抗磨減摩等表面性能。其中，CrTiAlN四元復合涂層以其優異的機械性能得到了國內外科研工作者的廣泛關注。CrTiAlN四元復合涂層比目前應用最廣泛的TiN和CrN有更好的硬度、膜/基結合強度。CrTiAlN涂層在鉆頭、車刀等工具上的應用已經得到廣泛認可，但對于模具，該涂層的應用卻受到了限制。這主要是因為模具鋼的工作環境極其惡劣，而CrTiAlN涂層自身性能也存在較大的缺陷，例如其韌性較差，在沖擊載荷下易于開裂、剝落。為進一步優化涂層綜合性能和提高膜基結合強度，本專利技術在CrTiAlN涂層的基礎上引入Ni元素，旨在開發一種新型五元CrNiTiAlN涂層。
技術實現思路
本專利技術目的是提供，進一步提高CrTiAlN復合涂層的膜基結合強度，控制每一層組織晶粒的大小在納米尺度范圍內且均勻；每一層的層厚度也在納米尺度范圍內；涂層組織空隙率低，組織致密，使涂層具有最佳的硬度/韌性組合，優化涂層的耐沖擊磨損性能、減摩性能和表面熱穩定性，提高模具的脫模性能。本專利技術采用的技術方案是一種含有CrNiTiAlN五元涂層的制品，所述制品以Cr層為底層，以NiCrN層為過渡層，在NiCrN層上沉積厚度為若干層的(NiCrN-CrN-AlN-TiN)復合涂層，使復合涂層的厚度達到2 5 μ m。通常在NiCrN過渡層上沉積NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層2 2. 5h能使復合涂層的厚度達到2飛μ m。一種所述含有CrNiTiAlN五元復合涂層的制品的制備方法，所述方法為1)預處理將制品基件在堿性溶液中超聲清洗5 10min，再在丙酮中超聲清洗6、min，最后在無水乙醇中超聲清洗rSmin，獲得預處理后的制品基件；(2)采用非平衡磁控濺射法，將Cr層在Cr靶電流3 5A，基體偏壓為-8(T-120V條件下沉積到預處理后的制品基件上作為底層；(3)通氮氣，在NiCr合金靶電流5 7Α，基體偏壓為-4(T_80V的條件下，在底層上沉積NiCrN層作為過渡層；(4)最后制備NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層，通氮氣，在Cr靶電流5-7A，NiCr合金靶電流4-6A，Ti靶電流5-7A，Al靶電流5-7A，基體偏壓均為-5(T_80V條件下，將NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層沉積到過渡層上，使NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層厚度為2 5 μ m,制成含有CrNiTiAlN五元涂層的制品。進一步，步驟(I)所述方法為將制品基件在10g/L氫氧化鈉水溶液中超聲清洗8min,再在丙酮中超聲清洗9min,最后在無水乙醇中超聲清洗8min后,獲得預處理后的制品基件。進一步，步驟(I)所述預處理過程還包括將基件在無水乙醇中超聲清洗rSmin后，再進行滲氮處理或碳氮共滲處理。所述滲氮處理或碳氮共滲處理是本領域技術人員公知的方法，通常滲氮處理是指將模具鋼在滲氮爐中570°C下滲氮處理8個小時；碳氮共滲處理是指向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。進一步，步驟(2)采用非平衡磁控濺射法將Cr層沉積到預處理后的制品基件上作為底層，沉積條件為Cr靶電流4A，基體偏壓為-100V。進一步，步驟(3)將NiCrN層沉積到底層上作為過渡層，沉積條件為通氮氣，NiCr合金靶電流6A，基體偏壓為-65V。進一步，步驟(4)將NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層沉積到NiCrN過渡層上制成NiCrN-CrN-AlN-TiN五元復合涂層厚度為2飛μ m的制品，沉積條件為在Cr靶電流6A，NiCr合金靶電流5A，Ti靶電流6A，Al靶電流6A，基體偏壓均為-65V。本專利技術設計制備多層納米梯度涂層，以提高涂層的膜基結合強度，在CrTiAlN復合涂層的基礎上加入Ni元素，Ni元素能在很大程度上改善涂層韌性和熱穩定性，并能減小模具與液態塑料的潤濕程度；在鍍膜前增加滲氮工藝或進行碳氮共滲處理。工件在爐內運行狀態為兩軸轉動，即圍繞主軸公轉，同時也完成自轉。本專利技術所述Cr 靶、Ti靶、NiCr合金靶、Al靶均為純金屬，推薦購自英國梯爾鍍層公司。與現有技術相比，本專利技術的有益效果主要體現在(I)本專利技術采用多層梯度設計和鍍膜前的滲氮工藝大大提高了涂層的膜基結合強度，本專利技術制備的梯度涂層在劃痕試驗中的臨界載荷高達68N(—般膜基結合強度在45N左右)，相對聞于其它方法和工藝制備的相關鍛層；(2 )由于彌散富Ni區的存在，涂層中彌散強化和應力強化作用增強通過調節NiCr合金靶的電流，(NiCrN-CrN-AlN-TiN)復合涂層五元涂層的硬度可達到2880HV ；(3) Ni元素在很大程度上改善了涂層的韌性和提高表明的熱穩定性，通過控制制備工藝可以獲得最優的硬度/韌性組合，Ni的存在使涂層晶粒細化，孔隙率降低，致密性變好；(4) (NiCrN-CrN-AlN-TiN)復合涂層大幅提高了模具和刀具表面的抗沖擊耐磨減摩性能和熱穩定性，摩擦系數和磨損失重率都大幅降低；(5) (NiCrN-CrN-AlN-TiN)新型復合五元涂層大大提高了模具鋼對有機溶劑的潤濕角，表明該涂層可大幅改善模具的脫模性能。附圖說明圖1本專利技術制備的涂層結構示意圖。圖2靶材分布與樣品架放置示意圖。圖3 Teer-UDP850/4型磁控濺射儀照片。圖4含CrNiTiAlN五元涂層制品的掃描電鏡圖。圖5含CrNiTiAlN五元涂層制品表面有機溶劑的潤濕角。圖6不含涂層制品表面有機溶劑的潤濕角。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術進行進一步描述，但本專利技術的保護范圍并不僅限于此選用英國梯爾鍍層公司制造的Teer_UDP850/4型閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備(Teer_UDP850/4 closed·-filed unbalanced magnetron sputtering ion platingcoater)來制備本專利技術所述含CrNiTiAlN五元涂層的制品，該設備由真空系統、電源系統、控制系統、冷卻系統四部分組成，照片見圖3所示。真空系統為兩級真空，前級采用機械泵粗抽，后級采用擴散泵精抽。如圖2所示，真空壁上安裝有四塊靶材(一個Cr靶、一個Ti靶、一個NiCr合金靶、一個Al靶，均購自英國梯爾鍍層公司)。實施例1(I)基件預處理以H13模具鋼為制品基件，將制品基件在10 g/L氫氧化鈉水溶液中超聲清洗8min,再在丙酮中超聲清洗9min,最后在無水乙醇中超聲清洗8min,獲得預處理后的制品基件。(2)采用Teer-UDP850/4型閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備沉積(NiCrN-CrN-AlN-TiN)復合涂層(涂層結構示意圖見圖1所示)的主要步驟如下I)開機預熱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種含有CrNiTiAlN五元涂層的制品，其特征在于所述制品以Cr層為底層，以NiCrN層為過渡層，在NiCrN過渡層上沉積若干層NiCrN?CrN?AlN?TiN復合涂層，使復合涂層的厚度達到2~5μm。
【技術特征摘要】
1.一種含有CrNiTiAlN五元涂層的制品，其特征在于所述制品以Cr層為底層，以NiCrN層為過渡層，在NiCrN過渡層上沉積若干層NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層，使復合涂層的厚度達到2飛μ m。2.—種權利要求1所述含有CrNiTiAlN五元復合涂層的制品的制備方法，其特征在于所述方法為1)預處理將制品基件在堿性溶液中超聲清洗5 10min，再在丙酮中超聲清洗6 9min，最后在無水乙醇中超聲清洗rSmin，獲得預處理后的制品基件；(2)采用非平衡磁控濺射法，將Cr層在Cr靶電流3 5A，基體偏壓為-8(T-120V條件下沉積到預處理后的制品基件上作為底層；(3)通氮氣，在NiCr靶電流5 7A，基體偏壓為-4(T_80V的條件下，在底層上沉積NiCrN層作為過渡層；(4)最后制備NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層，通氮氣，在Cr靶電流5 7A，NiCr合金靶電流Γ6Α，Ti靶電流5 7A ,Al靶電流5 7A，基體偏壓均為-5(T-80V條件下，將NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層沉積到過渡層上，使NiCrN-CrN-AlN-TiN復合涂層厚度為2 5 μ m,制成含有CrNiTiAlN五元涂層的制品。3.如權利要求2所述含有CrNiTiAlN五元復合涂層的制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：金杰，田正磊，李娜，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：
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