CN106756817A - 利用PVD在模具表面制备Cr‑ZrSiN‑TiAlSiCN薄膜的方法 - Google Patents

利用PVD在模具表面制备Cr‑ZrSiN‑TiAlSiCN薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表面处理工艺，具体涉及一种利用PVD在模具表面制备Cr‑ZrSiN‑TiAlSiCN薄膜的方法。本发明的技术方案如下：利用PVD在模具表面制备Cr‑ZrSiN‑TiAlSiCN薄膜的方法，包括如下步骤：1)模具表面等离子体氮化；2)采用电弧离子镀方式在待镀模具表面制备第一层薄膜；3)采用电弧离子镀方式在第一层薄膜上继续制备第二层薄膜；4)采用电弧离子镀方式在第二层薄膜上继续制备第三层薄膜；5)薄膜微喷砂处理。本发明提供的利用PVD在模具表面制备Cr‑ZrSiN‑TiAlSiCN薄膜的方法，能够提高锻造模具表面质量和使用寿命。

Description

利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种表面处理工艺，具体涉及一种利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法。
背景技术
航空发动机叶片材料主要采用高温合金和钛合金，形状复杂，变形抗力大，其锻造模具服役条件极为苛刻，突出的表现在三方面：工作环境为高温和急热、急冷、承受载荷为重载和高速冲击，锻压过程为毛坯在模具表面的剧烈大变形和模具表面的摩擦磨损等，由此导致热锻模型腔面摩擦、磨损及热疲劳等失效，直接影响锻件表面光洁度和模具寿命，使锻件质量稳定性下降和生产成本的大幅增加。由于叶片锻造模具制造困难，周期长，成本较高，因此提高叶片锻造模具表面质量和使用寿命已成为行业内最具核心竞争力的关键技术之一。
发明内容
本发明提供一种利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，能够提高锻造模具表面质量和使用寿命。
本发明的技术方案如下：
利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，包括如下步骤：
1)模具表面等离子体氮化，将模具放入真空等离子体氮化炉处理，形成氮化层；对等离子体氮化后的模具表面进行微喷砂处理，再进行清洗，然后将模具装入工装内并置于镀膜真空腔中；
2)采用电弧离子镀方式在待镀模具表面制备第一层薄膜，第一层薄膜为Cr薄膜，厚度为80～100nm；
3)采用电弧离子镀方式在第一层薄膜上继续制备第二层薄膜，第二层薄膜为ZrSiN薄膜，厚度为180～200nm；
4)采用电弧离子镀方式在第二层薄膜上继续制备第三层薄膜，第三层薄膜为TiAlSiCN薄膜，厚度为4～5μm；
5)薄膜微喷砂处理，采用Al2O3沙粒对薄膜进行喷砂表面细化处理。
所述的利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，所述步骤2)中，采用电弧离子镀方式在待镀模具表面制备第一层薄膜，工艺参数为：通入Ar气，流量为40sccm，气压为0.3～0.5Pa，沉积温度为450℃，用Cr金属作为沉积靶材，弧电流80A，偏压150V。
所述的利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，所述步骤3)中，采用电弧离子镀方式在第一层薄膜上继续制备第二层薄膜，工艺参数为：通入N2和Ar混合气体，流量分别为1000和40sccm，气压为1.5～2Pa，沉积温度为450℃，用ZrSi合金作为沉积靶材，其中Zr:Al＝85:15wt％，弧电流80～90A，偏压150V。
所述的利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，所述步骤4)中，采用电弧离子镀方式在第二层薄膜上继续制备第三层薄膜，工艺参数为：通入N2、Ar、CH4混合气体，流量分别为1000、40、200sccm，气压为3～4Pa；用四块TiAl和两块TiSi合金作为沉积靶材，其中Ti:Al＝33:66wt％，Ti:Si＝85:15wt％，弧电流分别为80～90及70～80A；偏压150V，靶材直径均为100mm。
本发明的有益效果为：
1、本发明的第一层薄膜Cr层是为了提高薄膜与模具基体的结合强度，第二层薄膜ZrSiN层能够起到抗氧化和热阻挡的作用，第三层薄膜TiAlSiCN层为耐磨减摩功能层。
2、本发明有利于模具脱模，明显缩短模具修模次数和保养周期；耐热疲劳稳定性好，可以防止模具过早开裂、龟裂、掉肉；能够提高模具抗腐蚀能力，提高模具使用寿命，在提高锻件产品质量的同时，减少加工调整步骤，提高了加工效率。
具体实施方式
利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，包括如下步骤：
1)模具表面等离子体氮化，将模具放入真空等离子体氮化炉处理，形成氮化层；对等离子体氮化后的模具表面进行微喷砂处理，再进行清洗，然后将模具装入工装内并置于镀膜真空腔中；
2)采用电弧离子镀方式在待镀模具表面制备第一层薄膜，第一层薄膜为Cr薄膜，厚度为100nm；工艺参数为：通入Ar气，流量为40sccm，气压为0.5Pa，沉积温度为450℃，用Cr金属作为沉积靶材，弧电流80A，偏压150V；
3)采用电弧离子镀方式在第一层薄膜上继续制备第二层薄膜，第二层薄膜为ZrSiN薄膜，厚度为200nm；工艺参数为：通入N2和Ar混合气体，流量分别为1000和40sccm，气压为2Pa，沉积温度为450℃，用ZrSi合金作为沉积靶材，其中Zr:Al＝85:15wt％，弧电流90A，偏压150V；
4)采用电弧离子镀方式在第二层薄膜上继续制备第三层薄膜，第三层薄膜为TiAlSiCN薄膜，厚度为4μm；工艺参数为：通入N2、Ar、CH4混合气体，流量分别为1000、40、200sccm，气压为4Pa；用四块TiAl和两块TiSi合金作为沉积靶材，其中Ti:Al＝33:66wt％，Ti:Si＝85:15wt％，弧电流分别为90及80A；偏压150V，靶材直径均为100mm；
5)薄膜微喷砂处理，采用Al2O3沙粒对薄膜进行喷砂表面细化处理。

Claims (4)

1.利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)模具表面等离子体氮化，将模具放入真空等离子体氮化炉处理，形成氮化层；对等离子体氮化后的模具表面进行微喷砂处理，再进行清洗，然后将模具装入工装内并置于镀膜真空腔中；
2)采用电弧离子镀方式在待镀模具表面制备第一层薄膜，第一层薄膜为Cr薄膜，厚度为80～100nm；
3)采用电弧离子镀方式在第一层薄膜上继续制备第二层薄膜，第二层薄膜为ZrSiN薄膜，厚度为180～200nm；
4)采用电弧离子镀方式在第二层薄膜上继续制备第三层薄膜，第三层薄膜为TiAlSiCN薄膜，厚度为4～5μm；
5)薄膜微喷砂处理，采用Al2O3沙粒对薄膜进行喷砂表面细化处理。
2.根据权利要求1所述的利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用电弧离子镀方式在待镀模具表面制备第一层薄膜，工艺参数为：通入Ar气，流量为40sccm，气压为0.3～0.5Pa，沉积温度为450℃，用Cr金属作为沉积靶材，弧电流80A，偏压150V。
3.根据权利要求1所述的利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，其特征在于，所述步骤3)中，采用电弧离子镀方式在第一层薄膜上继续制备第二层薄膜，工艺参数为：通入N2和Ar混合气体，流量分别为1000和40sccm，气压为1.5～2Pa，沉积温度为450℃，用ZrSi合金作为沉积靶材，其中Zr:Al＝85:15wt％，弧电流80～90A，偏压150V。
4.根据权利要求1所述的利用PVD在模具表面制备Cr-ZrSiN-TiAlSiCN薄膜的方法，其特征在于，所述步骤4)中，采用电弧离子镀方式在第二层薄膜上继续制备第三层薄膜，工艺参数为：通入N2、Ar、CH4混合气体，流量分别为1000、40、200sccm，气压为3～4Pa；用四块TiAl和两块TiSi合金作为沉积靶材，其中Ti:Al＝33:66wt％，Ti:Si＝85:15wt％，弧电流分别为80～90及70～80A；偏压150V，靶材直径均为100mm。
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