CN102534525A - 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、形成于基体表面的打底层、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氮化硅层。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；所述氮化硅层不会与铝合金熔体发生粘连，可使铝合金产品顺利脱模；所述氮氧化铬层和氮化硅层可保护基体在高温时不被氧化，且所述氮化硅层具有较高的硬度和耐磨性，从而可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、形成于基体表面的打底层、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氮化硅层。
一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一基体；
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氮化硅层。
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硅层，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；所述氮氧化铬层和所述氮化硅层膜层致密，可有效防止外界的氧气朝膜层内扩散，通过所述氮氧化铬层和氮化硅层的共同作用，可保护基体在高温时仍不被氧化；同时所述氮化硅层具有较高的硬度和耐磨性，可有效提高镀膜件的使用寿命；且使用过程中所述氮化硅层不会与铝合金熔体发生粘连，可使铝合金产品顺利脱模。
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为本发明一较佳实施例真空镀膜机的示意图。
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
氮化硅层                  17
真空镀膜机                20
镀膜室                    21
铬靶                      23
硅靶                      24
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的镀膜件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表面的氮化硅(SiN)层17。
该基体11的材质可为不锈钢或模具钢。该基体11可为用以浇注铝合金制品的模具。
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0.1～0.2μm。
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0.5～1.5μm。
该氮化硅层17可以磁控溅射的方式形成。所述氮化硅层17与铝合金熔体润湿性差，不会与铝合金熔体发生粘滞，可使铝合金成型产品顺利脱模。该氮化硅层17的厚度可为0.5～1.0μm。
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的材质可为不锈钢或模具钢。该基体11可为用以浇注铝合金制品的模具。
(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20～40min。
(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，提供一真空镀膜机20，该真空镀膜机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和相对设置的二硅靶24。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：如图2所示，将基体11固定于真空镀膜机20的镀膜室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在所述真空镀膜机20中进行，抽真空使该镀膜室21的本底真空度为8×10-3Pa，加热该镀膜室21至温度为100～150℃；开启二铬靶23，设置铬靶23的功率为8～10kw，设定施加于基体11的偏压为-150～-250V，占空比为50％；通入工作气体氩气，氩气的流量可为150～200sccm，镀膜时间可为5～10min。该打底层13的厚度可为0.1～0.2μm。
(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40～80sccm，氮气流量可为30～60sccm，其他工艺参数与沉积所述打底层13的相同，镀膜时间可为30～60min。该氮氧化铬层15的厚度可为0.5～1.5μm。
(f)继续采用磁控溅射法在所述氮氧化铬层15的表面形成一氮化硅层17。关闭二铬靶23，开启二硅靶24，设置硅靶24的功率为4～6kw，设定施加于基体11的偏压为-30～-50V，占空比为50％；通入氮气为反应气体，氮气流量可为60～120sccm，通入工作气体氩气，氩气的流量可为150～200sccm，镀膜时间可为1～2h。该氮化硅层17的厚度可为0.5～1.0μm。
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镀膜机20为中频磁控溅射镀膜机，为深圳南方创新真空技术有限公司生产，型号为SM-1100H。
本实施例所使用的基体11的材质为316不锈钢。
等离子体清洗：氩气流量为500sccm，基体11的偏压为-500V，等离子体清洗时间为10min。
溅镀打底层13：氩气流量为150sccm，铬靶的功率为9kw，基体11的偏压为-200V，占空比为50％，溅镀温度为120℃，镀膜时间为5min。该打底层13的厚度为0.1μm。
溅镀氮氧化铬层15：氧气流量为80sccm，氮气流量为60sccm，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0.5μm。
溅镀氮化硅层17：氩气流量为150sccm，氮气流量为120sccm，硅靶的功率为5kw，基体11的偏压为-50V，镀膜时间为60min，该氮化硅层17的厚度为0.5μm。
实施例2
本实施例所使用的真空镀膜机20和基体11与实施例1中的相同。
等离子体清洗：氩气流量为500sccm，基体11的偏压为-500V，等离子体清洗时间为10min。
溅镀打底层13：氩气流量为150sccm，铬靶的功率为8kw，基体11的偏压为-200V，溅镀温度为120℃，镀膜时间可为10min。该打底层13的厚度为0.2μm。
溅镀氮氧化铬层15：氧气流量为40sccm，氮气流量为30sccm，其他工艺参数与沉积所述打底层13的相同，镀膜时间为60min。该氮氧化铬层15的厚度为1.0μm。
溅镀氮化硅层17：氩气流量为150sccm，氮气流量为80sccm，硅靶的功率为5kw，基体11的偏压为-50V，镀膜时间为90min，该氮化硅层17的厚度为0.8μm。
将上述制得的镀膜件10进行高温抗氧化测试和耐磨性测试，具体测试方法及结果如下：
(1)高温抗氧化测试
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后均未见氧化、脱落等不良。
(2)耐磨性测试
采用线性耐磨耗测试仪，测试条件为：载荷为1kg，行程长度为2.0inch，磨耗速率为25次/min。
测试结果显示，由本发明实施例1和2所制备的镀膜件10经磨耗15次均未见脱落。
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的表面沉积氮化硅层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和所述氮化硅层17膜层致密，可有效防止外界的氧气朝膜层内扩散，通过所述氮氧化铬层15和氮化硅层17的共同作用，可保护基体11在高温时仍不被氧化；同时所述氮化硅层17具有较高的硬度和耐磨性，可有效提高镀膜件10的使用寿命；且使用过程中所述氮化硅层17不会与铝合金熔体发生粘连，可使铝合金产品顺利脱模。

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氮化硅层。
2.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述基体的材质为不锈钢或模具钢。
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0.1～0.2μm。
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0.5～1.5μm。
6.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述氮化硅层以磁控溅射的方式形成，该氮化硅层的厚度为0.5～1.0μm。
7.一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：
提供一基体；
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氮化硅层。
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，形成打底层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，本底真空度为8×10-3Pa，使用金属铬靶，铬靶的功率为8～10kw，以氩气为工作气体，氩气流量为150～200sccm，基体偏压为-150～-250V，占空比为50％，镀膜温度为100～150℃，镀膜时间为5～10min。
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，铬靶的功率为8～10kw，以氧气和氮气为反应气体，氧气流量为40～80sccm，氮气流量为30～60sccm，以氩气为工作气体，氩气流量为150～200sccm，基体偏压为-150～-250V，占空比为50％，基体的温度为100～150℃，镀膜时间为30～60min。
10.如权利要求7所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成氮化硅层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用硅靶，硅靶的功率为4～6kw，以氮气为反应气体，氮气流量为60～120sccm，以氩气为工作气体，氩气流量为150～200sccm，基体的偏压为-30～-50V，占空比为50％，镀膜温度为100～150℃，镀膜时间为1～2h。
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