CN102534483A - 镀膜件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种镀膜件，其包括基体，该基体的材质为模具钢，该镀膜件还包括形成于基体表面的打底层及形成于打底层表面的氮氧化铬层及形成于氮氧化铬层表面的六方晶型的氮化硼层。本发明镀膜件膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生；所述氮化硼层具有润滑性，使用过程中可使玻璃产品顺利脱模；所述氮氧化铬层和氮化硼层可保护基体在高温时不被氧化，从而有效提高镀膜件的使用寿命。此外，本发明还提供一种上述镀膜件的制备方法。

Description

镀膜件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镀膜件及其制备方法。
背景技术
模具钢可广泛用于锻造、冲压、切型、压铸等工艺，由于模具的工作条件苛刻，在高温下使用时，表面很容易被氧化，形成的不均匀氧化层不仅会降低产品的表面质量，而且模具钢在重复使用的过程中，形成的氧化物锈皮易剥落，暴露的基体在高温下将会继续被腐蚀。因此要求模具钢具有抗高温氧化的性能。
物理气相沉积制备各种涂层已成功地应用于工业。过渡金属氮化物和碳化物涂层由于具有较高的硬度、良好的化学稳定性，是各类模具钢表面强化薄膜中的首选材料。但它们同时具有高脆性、高残余应力、与基体结合力差等缺陷；且当应用温度较高时，该类膜层容易被氧化而失去功效，导致镀膜件使用寿命缩短；且该类膜层通常不具有润滑效果，不利于成型产品的顺利脱模。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种有效解决上述问题的镀膜件。
另外，还有必要提供一种制备上述镀膜件的方法。
一种镀膜件，其包括基体，该基体的材质为模具钢，该镀膜件还包括形成于基体表面的打底层及形成于打底层表面的氮氧化铬层及形成于氮氧化铬层表面的六方晶型的氮化硼层。
一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一基体，该基体的材质为模具钢；
在基体表面形成打底层；
在打底层的表面形成氮氧化铬层；
在氮氧化铬层的表面形成六方晶型的氮化硼层。
本发明镀膜件在基体的表面沉积打底层，再在打底层的表面沉积氮氧化铬层，再在氮氧化铬层的表面沉积氮化硼层，膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，这样在施加外力的情况下，所镀的膜层不会因为内部的应力缺陷导致失效；所述氮氧化铬层膜层和氮化硼层膜层致密，可有效地防止外界的氧气向膜层内扩散；所述氮氧化铬层和氮化硼层可保护基体在高温时不被氧化，从而有效提高镀膜件的使用寿命。所述氮化硼层具有润滑性，使用过程中可使玻璃产品顺利脱模。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例镀膜件的剖视图；
图2是本发明一较佳实施例真空溅射镀膜机的示意图。
主要元件符号说明
镀膜件            10
基体              11
打底层            13
氮氧化铬层        15
氮化硼层          17
真空溅射镀膜机    20
镀膜室            21
铬靶              23
轨迹              25
真空泵            30
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式镀膜件10包括基体11、形成于基体11表面的打底层13、形成于打底层13表面的氮氧化铬(CrON)层15及形成于氮氧化铬层15表面的氮化硼(BN)层17。
该基体11的材质可为模具钢。该基体11可为用以成型玻璃制品的模具。
该打底层13可以磁控溅射的方式形成。该打底层13为金属铬(Cr)层。该打底层13的厚度可为50～150nm。
该氮氧化铬层15可以磁控溅射的方式形成。该氮氧化铬层15的厚度可为200～700nm。该氮氧化铬层膜层致密。
该氮化硼层17可以真空蒸镀的方式形成。所述氮化硼层17为六方晶型且具有类似石墨的结构，可起到润滑效果。该氮化硼层17的厚度可为200～600nm。
本发明一较佳实施方式的镀膜件10的制备方法，其包括以下步骤：
(a)提供一基体11，该基体11的材质可为模具钢。该基体11可为用以成型玻璃制品的模具。
(b)将基体11放入无水乙醇中进行超声波清洗，以去除基体11表面的污渍，清洗时间可为5～10min。
(c)对经上述处理后的基体11的表面进行氩气等离子体清洗，以进一步去除基体11表面的油污，以及改善基体11表面与后续镀层的结合力。结合参阅图2，提供一真空溅射镀膜机20，该真空溅射镀膜机20包括一镀膜室21及连接于镀膜室20的一真空泵30，真空泵30用以对镀膜室21抽真空。该镀膜室21内设有转架(未图示)、相对设置的二铬靶23。转架带动基体11沿圆形的轨迹25运行，且基体11在沿轨迹25运行时亦自转。
该等离子体清洗的具体操作及工艺参数可为：将基体11固定于镀膜室21的转架上，将该镀膜室21抽真空至3.0×10-5Pa，然后向镀膜室21内通入流量为500sccm(标准状态毫升/分钟)的氩气(纯度为99.999％)，并施加-200～-500V的偏压于基体11，对基体11表面进行氩气等离子体清洗，清洗时间为3～10min。
(d)采用磁控溅射法在经氩气等离子体清洗后的基体11上溅镀一打底层13，该打底层13为金属铬层。溅镀该打底层13在所述真空溅射镀膜机20中进行。开启铬靶23，以氩气为工作气体，氩气流量可为100～300sccm。溅镀时对基体11施加-100～-300V的偏压，并加热所述镀膜室21使基体11的温度为100～300℃，镀膜时间可为5～15min。该打底层13的厚度可为100～200nm。
(e)继续采用磁控溅射法在所述打底层13的表面溅镀一氮氧化铬层15。溅镀该氮氧化铬层15时通入氧气和氮气为反应气体，氧气流量可为20～60sccm，氮气流量可为50～200sccm，其他工艺参数与沉积所述打底层13的相同，镀膜时间可为20～60min。该氮氧化铬层15的厚度可为200～700nm。
(f)采用真空蒸镀的方式在所述氮氧化铬层15的表面形成一氮化硼层17。蒸镀所述氮化硼层17在一真空蒸镀机(图未示)中进行，使用六方氮化硼粉末作为蒸料，预熔最大电子束流为100～180mA，预熔时间为20～30s，设定真空蒸镀速率为20～30nm/s，设定离子源清洗开始的真空度为6.0×10-5Torr，镀膜开始的真空度为5.0×10-5Torr，以氩气为工作气体，氩气流量可为5～30sccm，基体11的温度为100～200℃，镀膜时间可为30～60min。该氮化硼层17的厚度可为200～600nm。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例所使用的真空溅射镀膜机20为中频磁控溅射镀膜机，且为深圳南方创新真空技术有限公司生产，型号为SM-1100H；使用的蒸镀机为韩一真空蒸镀机，型号为HVC-900DA。
等离子清洗：氩气流量为500sccm，基体11偏压为-200V，等离子清洗时间为10min。
溅镀打底层13：氩气流量为300sccm，基体11偏压为-200V，溅镀温度为120℃，镀膜时间为10min。该打底层13的厚度为300nm。
溅镀氮氧化铬层15：氧气流量为40sccm，氮气流量为80sccm，其他工艺参数与沉积所述打底层13的相同，镀膜时间为30min。该氮氧化铬层15的厚度为400nm。
蒸镀氮化硼层17：氩气流量为15sccm，预熔最大电子束流为120mA，预熔时间为20s；设定真空蒸镀速率为20nm/s，基体11的温度为120℃，镀膜时间为30min，该氮化硼层17的厚度为400nm。
实施例2
本实施例所使用的真空溅射镀膜机20与蒸镀机与实施例1中的相同。
等离子清洗：氩气流量为500sccm，基体11的偏压为-200V，等离子清洗时间为10min。
溅镀打底层13：氩气流量为300sccm，基体11偏压为-200V，溅镀温度为120℃，镀膜时间为10min。该打底层13的厚度为300nm。
溅镀氮氧化铬层15：氧气流量为40sccm，氮气流量为100sccm，其他工艺参数与沉积所述打底层13的相同，镀膜时间为30min。该氮氧化铬层15的厚度为400nm。
蒸镀氮化硼层17：氩气流量为15sccm，预熔最大电子束流为120mA，预熔时间为20s；设定真空蒸镀速率为30nm/s，基体11的温度为120℃，镀膜时间为40min，该氮化硼层17的厚度为600nm。
将上述制得的镀膜件10进行高温抗氧化测试，具体测试方法及结果如下：
采用测试仪器为管式热处理炉，测试条件为：升温速率为10℃/min，热处理温度为800℃，保温时间为10h。
测试结果显示，由本发明实施例1和实施例2所制备的镀膜件10经800℃热处理10h后产品均未见氧化、脱落等不良。
本发明较佳实施方式镀膜件10在基体11的表面沉积打底层13，再在打底层13的表面沉积氮氧化铬层15，再在氮氧化铬层15的表面沉积氮化硼层17，膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，这样在施加外力的情况下，所镀的膜层不会因为内部的应力缺陷导致失效；所述氮氧化铬层15和氮化硼层17膜层致密，可有效地防止外界的氧气向膜层内扩散；所述氮氧化铬层15和氮化硼层17可保护基体11在高温(800℃)时不被氧化，从而有效提高镀膜件10的使用寿命。所述氮化硼层17具有润滑性，使用过程中可使玻璃产品顺利脱模。

Claims (10)

1.一种镀膜件，其包括基体及形成于基体表面的打底层，其特征在于：该镀膜件还包括形成于打底层表面的氮氧化铬层及形成于氮氧化铬层表面的六方晶型的氮化硼层。
2.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述基体的材质为模具钢。
3.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述打底层为铬层。
4.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述打底层以磁控溅射的方式形成，该打底层的厚度为50～150nm。
5.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述氮氧化铬层以磁控溅射的方式形成，该氮氧化铬层的厚度为200～700nm。
6.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述氮化硼层以真空蒸镀的方式形成，该氮化硼层的厚度为200～600nm。
7.一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一基体，该基体的材质为模具钢；
在基体表面形成打底层；
在打底层的表面形成氮氧化铬层；
在氮氧化铬层的表面形成六方晶型的氮化硼层。
8.如权利要求7所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述打底层为铬层，形成所述打底层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用金属铬靶，以氩气为工作气体，氩气流量为100～300sccm，基体偏压为-100～-300V，加热使基体的温度为100～300，镀膜时间为5～15min。
9.如权利要求7所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成氮氧化铬层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用金属铬靶，以氧气和氮气为反应气体，氧气流量为20～60sccm，氮气流量为50～200sccm，以氩气为工作气体，氩气流量为100～300sccm，基体偏压为-100～-300V，镀膜温度为100～300℃，镀膜时间为20～60min。
10.如权利要求7所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成氮化硼层的步骤采用如下方式实现：采用真空蒸镀法，使用六方氮化硼粉末作为蒸料，预熔最大电子束流为100～180mA，预熔时间为20～30s，真空蒸镀速率为20～30nm/s，以氩气为工作气体，氩气流量为5～30sccm，镀膜温度为100～200℃，镀膜时间为30～60min。
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