CN110408895A - 一种模具耐高温pvd涂层及其制备方法 - Google Patents

一种模具耐高温pvd涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种模具耐高温PVD涂层及其制备方法，该PVD涂层由底层、中间多层和保护层组成；所述底层含AlCrN，所述中间多层含SiO2和TiN，所述保护层含CrN。所述制备方法包括以下步骤：步骤(1)：对模具表面进行净化处理；步骤(2)：运用弧电源轰击法在模具表面打底层AlCrN；步骤(3)：运用气相沉积法用SiO2和TiN在底层上进行中间多层过渡；步骤(4)：用高频率大能量电源在中间多层上打上保护层CrN，即得。铝合金模具经过此工艺处理后，可以在免做水镀处理、膜层厚度大大降低的情况下，仍能满足膜层的防腐蚀、耐高温等性能要求。

Description

一种模具耐高温PVD涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及热挤压模具表面处理技术领域，具体涉及一种模具耐高温PVD涂层及其制备方法。
背景技术
随着中国的汽车产业发展不断推进和新能源汽车的不断推出，中国的汽车市场产量、销量都达到了一个新高度，一些汽车品牌开始在国内寻找优质供应商，为他们的汽车零部件进行全球采购。这对中国汽车零部件产业既是机遇也是挑战，我们要抓住这个契机，从各个方面进行突破，以满足客户日益增长的要求。铝的热加工企业，热挤压模具是产品的基础，所有产品都是通过热挤压模具成形的，模具的维护保养显得尤为关键。当模具磨损超过客户要求后，模具只能报废处理，无法二次利用。所以，如果模具工作带表面有一层高耐磨镀层，延缓模具的磨损，模具的分摊费用就会大大缩减，为企业创造更高的利润。
PVD涂层具有硬度HV3000左右，提高耐磨性能。精度高，控制在微米级，不影响零件尺寸，涂层致密，提高防腐性能，温度低，工件不变形等优点。PVD涂层的覆盖范围非常广泛比如：1.切削刀具类：刀具，刀片，滚刀类等。2.各类模具：例如冲压成型模具，塑胶模具，汽车模具，压铸模具等。零部件：需要耐磨防腐以及无油状态的摩擦件。随着新材料的不断推出，能源的紧缺现象将会越来越严重，而超硬PVD涂层将是缓解材料损耗，降低生产成本，提高生产效率的一种最好选择。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种模具耐高温PVD涂层及其制备方法，以解决上述背景技术提出的问题。
本发明的一个方面是提供一种模具耐高温PVD涂层的制备方法，包括步骤：
(1)对模具表面进行净化处理；
(2)采用弧电源轰击法在模具表面制备底层AlCrN；
(3)采用气相沉积法用SiO2和TiN在底层上进行中间多层过渡；
(4)采用高频率大能量电源在中间多层上打上保护层CrN，即得。
进一步地，步骤(1)中所述净化处理工艺为：将被腐蚀或表面有划伤的模具进行精磨、抛光，使模具表面达到镜面状态，再用丙酮和酒精对模具进行超声波清洗并烘干。
进一步地，步骤(2)中所述弧电源轰击法偏压控制在220-360V，时间控制在5-8分钟。
进一步地，步骤(3)中所述气相沉积法的设备真空度要求在3×10-5Torr以上，偏压值设定在70V-120V，靶材电流设定在4-8A。
进一步优选地，步骤(3)中所述中间多层的层数控制在10-12层。
进一步优选地，步骤(3)中所述气相沉积法的单层沉积时间控制在15-25分钟。
进一步地，步骤(4)中所述高频率大能量电源为80-100KHz，30-40KW。
本发明的另一个方面是提供由上述任一种方法制得的模具耐高温PVD涂层，所述模具耐高温PVD涂层由底层、中间多层和保护层组成；所述底层含AlCrN，所述中间多层含SiO2和TiN，所述保护层含CrN。
进一步地，所述PVD涂层的厚度为1.3-2.8um。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制备方法与传统工艺相比，具有以下优点：在取消水镀层的前提，只用PVD镀层，同样达到了耐腐蚀、耐摩擦、耐高温等各种测试效果；
(2)本发明制备方法降低了生产成本，减少了良率损失。
具体实施方式
本发明提供一种模具耐高温PVD涂层，所述PVD涂层由底层、中间多层和保护层组成；所述底层含AlCrN，所述中间多层含SiO2和TiN，所述保护层含CrN；所述PVD涂层厚度为1.3-2.8um；优选地，所述PVD涂层厚度为2.0um。
本发明还提供一种模具耐高温PVD涂层的制备方法，包括步骤：
(1)对模具表面进行净化处理，将被腐蚀或表面有划伤的模具进行精磨、抛光，使模具表面达到镜面状态，再用丙酮和酒精对模具进行超声波清洗并烘干；
(2)运用弧电源轰击法在模具表面打底层AlCrN；所述弧电源轰击法偏压控制在220～360V，时间控制在5～8分钟；优选地，所述弧电源轰击法偏压控制在280V，时间控制在6分钟；
(3)运用气相沉积法用SiO2和TiN在底层上进行中间多层过渡；所述气相沉积法的设备真空度要求在3×10-5Torr以上，偏压值设定在70V-120V，靶材电流设定在4-8A；所述中间多层层数控制在10-12层；所述气相沉积法的单层沉积时间控制在15-25分钟；优选地，所述气相沉积法的设备真空度要求在4×10-5Torr，偏压值设定在100V，靶材电流设定在6A；所述中间多层层数控制在11层；所述气相沉积法的单层沉积时间控制在20分钟；
(4)用高频率大能量电源在中间多层上打上保护层CrN，即得；所述的高频率大能量电源为80-100KHz，30-40KW；优选地，所述的高频率大能量电源为90KHz，35KW。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。
实施例1
一种模具耐高温PVD涂层的制备方法：
(1)对模具表面进行净化处理，将被腐蚀或表面有划伤的模具进行精磨、抛光，使模具表面达到镜面状态，再用丙酮和酒精对模具进行超声波清洗并烘干；
(2)运用弧电源轰击法在模具表面打底层AlCrN；所述弧电源轰击法偏压控制在220V，时间控制在5分钟；
(3)运用气相沉积法用SiO2和TiN在底层上进行中间多层过渡；所述气相沉积法的设备真空度要求在3×10-5Torr，偏压值设定在70V，靶材电流设定在4A；所述中间多层层数控制在10层；所述气相沉积法的单层沉积时间控制在15分钟；
(4)用高频率大能量电源在中间多层上打上保护层CrN，即得；所述的高频率大能量电源为80KHz，30KW。
实施例2
一种模具耐高温PVD涂层的制备方法：
(1)对模具表面进行净化处理，将被腐蚀或表面有划伤的模具进行精磨、抛光，使模具表面达到镜面状态，再用丙酮和酒精对模具进行超声波清洗并烘干；
(2)运用弧电源轰击法在模具表面打底层AlCrN；所述弧电源轰击法偏压控制在280V，时间控制在6分钟；
(3)运用气相沉积法用SiO2和TiN在底层上进行中间多层过渡；所述气相沉积法的设备真空度要求在4×10-5Torr，偏压值设定在90V，靶材电流设定在6A；所述中间多层层数控制在11层；所述气相沉积法的单层沉积时间控制在20分钟；
(4)用高频率大能量电源在中间多层上打上保护层CrN，即得；所述的高频率大能量电源为90KHz，35KW。
实施例3
一种模具耐高温PVD涂层的制备方法：
(1)对模具表面进行净化处理，将被腐蚀或表面有划伤的模具进行精磨、抛光，使模具表面达到镜面状态，再用丙酮和酒精对模具进行超声波清洗并烘干；
(2)运用弧电源轰击法在模具表面打底层AlCrN；所述弧电源轰击法偏压控制在360V，时间控制在8分钟；
(3)运用气相沉积法用SiO2和TiN在底层上进行中间多层过渡；所述气相沉积法的设备真空度要求在5×10-5Torr，偏压值设定在120V，靶材电流设定在8A；所述中间多层层数控制在12层；所述气相沉积法的单层沉积时间控制在25分钟；
(4)用高频率大能量电源在中间多层上打上保护层CrN，即得；所述的高频率大能量电源为100KHz，40KW。
验证试验
试验例1
将实施例1-3得到的有着耐高温PVD涂层的模具分别进行热震实验，在250℃保温1h后放入水中骤冷，往复3次后未发现镀层表面有鼓泡、起皮及脱落现象，证明结合力较好。通过划痕实验，实验采用半径为2μm的金刚石压头，划痕长度为3mm，加载速度2.25mm/min，载荷为0～300mN，加载时间80s。实验测得临界载荷为128mN，以临界载荷表征其结合力。结果显示结合情况较好。
试验例2
将实施例1-3得到的有着耐高温PVD涂层的模具分别进行盐雾腐蚀测试，均在盐雾中48小时未被腐蚀，检验合格；进行振动耐磨测试，在振动耐磨仪中测试2小时，未观测到磨损及裂纹，检验合格；进行日光照射，老化测试3个循环，未观测老化迹象，检验合格。检验结果如表1所示：
表1试验例2性能测试结果
本实施例铝合金产品的各项测试达到行业标准要求，而且在取消了水镀层后，解决环保问题的同时，生产工序简化，良率损失减少。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种模具耐高温PVD涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对模具表面进行净化处理；
(2)采用弧电源轰击法在模具表面制备底层AlCrN；
(3)采用气相沉积法用SiO2和TiN在底层上进行中间多层过渡；
(4)采用高频率大能量电源在中间多层上打上保护层CrN，即得。
2.根据权利要求1所述的模具耐高温PVD涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述净化处理工艺为：将被腐蚀或表面有划伤的模具进行精磨、抛光，使模具表面达到镜面状态，再用丙酮和酒精对模具进行超声波清洗并烘干。
3.根据权利要求1所述的模具耐高温PVD涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述弧电源轰击法偏压控制在220-360V，时间控制在5-8分钟。
4.根据权利要求1所述的模具耐高温PVD涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述气相沉积法的设备真空度要求在3×10-5Torr以上，偏压值设定在70V-120V，靶材电流设定在4-8A。
5.根据权利要求1所述的模具耐高温PVD涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述中间多层的层数控制在10-12层。
6.根据权利要求1所述的模具耐高温PVD涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述气相沉积法的单层沉积时间控制在15-25分钟。
7.根据权利要求1所述的模具耐高温PVD涂层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述高频率大能量电源为80-100KHz，30-40KW。
8.一种如权利要求1-7任一项所述方法制备的模具耐高温PVD涂层，其特征在于，所述模具耐高温PVD涂层由底层、中间多层和保护层组成；所述底层含AlCrN，所述中间多层含SiO2和TiN，所述保护层含CrN。
9.根据权利要求8所述的模具耐高温PVD涂层，其特征在于，所述PVD涂层的厚度为1.3-2.8um。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481024A (zh) * 2021-12-29 2022-05-13 江苏佳搏实业发展集团有限公司 一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1587434A (zh) * 2004-08-05 2005-03-02 上海交通大学 TiN/SiO2纳米多层膜及其制备方法
CN201169620Y (zh) * 2008-01-31 2008-12-24 武汉新铬涂层设备有限公司 弧光离子源增强磁控溅射装置
US20140287214A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-25 Hyundai Motor Company Coating material for aluminum die casting mold and method for manufacturing the same
CN108118301A (zh) * 2017-12-29 2018-06-05 安徽多晶涂层科技有限公司 一种具有Si含量梯度变化的中间层的AlCrSiN涂层、制备方法
CN108977651A (zh) * 2018-08-22 2018-12-11 中国科学院力学研究所 一种高温模具上高寿命复合涂层的沉积方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1587434A (zh) * 2004-08-05 2005-03-02 上海交通大学 TiN/SiO2纳米多层膜及其制备方法
CN201169620Y (zh) * 2008-01-31 2008-12-24 武汉新铬涂层设备有限公司 弧光离子源增强磁控溅射装置
US20140287214A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-25 Hyundai Motor Company Coating material for aluminum die casting mold and method for manufacturing the same
CN108118301A (zh) * 2017-12-29 2018-06-05 安徽多晶涂层科技有限公司 一种具有Si含量梯度变化的中间层的AlCrSiN涂层、制备方法
CN108977651A (zh) * 2018-08-22 2018-12-11 中国科学院力学研究所 一种高温模具上高寿命复合涂层的沉积方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481024A (zh) * 2021-12-29 2022-05-13 江苏佳搏实业发展集团有限公司 一种高性能铝合金模具陶瓷涂层及其制备方法

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