CN110860673A - 附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层、压铸模具及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于压铸模具技术领域，具体涉及一种附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层、压铸模具及制备方法。该复合涂层由CrY粘结层、CrYN过渡层和CrYN/CrYBN主功能层相互结合组成，层与层之间相互协同作用，以提高压铸模具的硬度、耐腐蚀性、抗氧化性和抗热粘结性，增强压铸模具的使用性能和延长使用寿命；采用电弧蒸镀系统，有利于形成均匀、较薄的涂层，显著减小了涂层的总厚度，当主功能层磨损消耗以后，可以重新再镀膜，节约材料资源，降低生产成本，有利于技术推广。

Description

附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层、压铸模具及制备方法

技术领域

本发明属于压铸模具技术领域。更具体地，涉及一种附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层、压铸模具及制备方法。

背景技术

压铸成形，特别是有色金属压铸是模具在工业生产中应用广泛的加工方法之一，随着市场需求的不断提升，对压铸模具的性能提出了越来越高的要求。在压铸作业过程中，模具型腔要承受炽热熔融金属的急热作用，型腔表面温度由室温升至液温，需要承受极大的压缩应力；当压铸结束，将压铸件从模具中取出时，模具表面被冷却水和脱模剂喷淋冷却，发生急冷收缩，又在其表面产生较大的拉应力。压铸模具在这样多次的加热-冷却循环交变热应力作用下，表面会发生热疲劳，产生微裂纹，如果在裂纹周围同时伴随有熔融合金对模具型腔的冲刷及腐蚀，模具表面还会进一步损坏，最终造成模具的早期开裂甚至报废。另一方面，压铸模具的表面粗糙度大，压铸过程中容易出现热粘、冲蚀、熔损腐蚀等问题，进而造成的产品废品率高，生产效率低下，甚至造成模具的损坏等问题。因此，如何进一步提高压铸模具使用性能和使用寿命一直是困扰各压铸企业的技术难题。

表面处理是提高压铸模具使用性能的主要手段之一，其中，利用物理气相沉积(PVD)技术制备对模具进行表面处理是近年来发展的热门方向。因为PVD技术的沉积温度低，对模具基底无损伤，涂层失效后，可以对模具进行重复涂层，大大节约了生产成本。但是常用的PVD涂层材料如AlTiN、AlCrN、CrN或其复合涂层等，容易与金属溶液发生热粘，存在压铸件表面粗糙度大，模具表面粘料、模具表面涂层过早失效等问题。因此，迫切需要提供一种具有较好自润滑性的附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层，使得压铸过程中不易产生裂纹、热粘。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术压铸模具在多次交变热应力作用下产生裂纹，自润滑性较小，压铸过程易出现热粘造成压铸件表面粗糙度大的缺陷和不足，提供一种具有较好自润滑性的附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层，使得压铸过程中不易产生裂纹、热粘。

本发明另一目的是提供含有所述CrYBN复合涂层的压铸模具。

本发明另一目的是提供所述模具的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层，所述CrYBN复合涂层由压铸模具基体表面至外依次为粘结层、过渡层和主功能层；其中，所述粘结层为CrY涂层，过渡层为CrYN涂层，主功能层为CrYN与CrYBN交替的CrYN/CrYBN涂层。

本发明中，CrY粘结层和CrYN过渡层的双层结构设计可以显著提升CrYN/CrYBN主功能层在压铸模具表面的附着力，通过纳米多层的结构设计可以显著提高压铸模具表面的硬度，通过Cr、Y、B元素的协同效应显著提高了压铸模具表面的耐腐蚀性、抗氧化性和抗热粘结性，确保模具基体得到良好的保护；当主功能层磨损消耗以后，可以重新再镀膜，达到模具循环使用、延长使用寿命的效果，实现节约材料，降低生产成本的目的。

进一步地，所述粘结层的厚度为50～100nm。

更进一步地，所述过渡层的厚度为1～2μm。

进一步地，所述主功能层的厚度为4～8μm。

发明人经过大量的创造性劳动发现，进一步限定粘结层、过渡层和主功能层的厚度，可以显著提高压铸模具的使用性能。

另外的，本发明还提供了一种含有所述CrYBN复合涂层的压铸模具。

另外的，本发明还提供了一种所述压铸模具的制备方法，包括以下步骤：

S1、将压铸模具基体进行等离子刻蚀后，利用电弧蒸镀系统，在氩气环境下，打开CrY合金靶，在压铸模具基体上沉积得到CrY粘结层；

S2、关掉氩气，通入氮气，在CrY粘结层上沉积得到CrYN过渡层；

S3、打开CrYB合金靶，在CrYN过渡层上沉积得到CrYN/CrYBN主功能层，自然冷却，即得。

进一步地，步骤S1中，所述CrY合金靶中Y原子的物质的量百分数为5～8％。

更进一步地，步骤S3中，所述CrYB合金靶中Y原子的物质的量百分数为3～5％，B原子的物质的量百分数为8～15％。

进一步地，步骤S1中，沉积环境的真空度为0.05～0.1Pa；步骤S2中，沉积环境的真空度为1～2Pa；步骤S3中，沉积环境的真空度为2～3Pa。

更进一步地，步骤S1、S2、S3中，所述沉积在400～450℃温度下进行。

进一步地，步骤S1、S2、S3中，所述沉积在50～100V偏压条件下进行。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明一种附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层，由CrY粘结层、CrYN过渡层和CrYN/CrYBN主功能层相互结合组成，层与层之间相互协同作用，以提高压铸模具的硬度、耐腐蚀性、抗氧化性和抗热粘结性，增强压铸模具的使用性能和延长使用寿命。

(2)本发明一种含有CrYBN复合涂层的压铸模具的制备方法，采用电弧蒸镀系统，有利于形成均匀、较薄的涂层，显著减小了涂层的总厚度，当主功能层磨损消耗以后，可以重新再镀膜，节约材料资源，降低生产成本，有利于技术推广。

附图说明

图1为含有CrYBN复合涂层的压铸模具表面结构示意图；

其中：1为压铸模具基体；2为CrY粘结层；3为CrYN过渡层；4-CrYN/CrYBN主功能层。

图2为本发明实施例1制备含有CrYBN复合涂层的压铸模具的设备结构示意图；

其中，H为加热器；T1、T2为CrY合金靶；T3、T4为CrYB合金靶。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1一种含有CrYBN复合涂层的压铸模具

采用如下方法制备得到所述含有CrYBN复合涂层的压铸模具：

S1、将压铸模具基体在450℃、氩气环境下进行等离子刻蚀后，利用电弧蒸镀系统，在氩气环境下，真空度为0.05Pa，温度为400℃，偏压为100V，打开Y原子物质的量百分数为5％的CrY合金靶，在压铸模具基体上沉积得到厚度为50nm的CrY粘结层；

S2、关掉氩气，通入氮气，调整真空度为1Pa，温度为400℃，偏压为80V，在CrY粘结层上沉积得到厚度为1μm厚的CrYN过渡层；

S3、调整真空度为2Pa，温度为400℃，偏压为50V，打开Y原子物质的量百分数为5％，B原子物质的量百分数为10％的CrYB合金靶，在CrYN过渡层上沉积得到厚度为4μm厚的CrYN/CrYBN主功能层，自然冷却，即得。

实施例2一种含有CrYBN复合涂层的压铸模具

采用如下方法制备得到所述含有CrYBN复合涂层的压铸模具：

S1、将压铸模具基体在480℃、氩气环境下进行等离子刻蚀后，利用电弧蒸镀系统，在氩气环境下，真空度为0.1Pa，温度为450℃，偏压为80V，打开Y原子物质的量百分数为8％的CrY合金靶，在压铸模具基体上沉积得到厚度为100nm的CrY粘结层；

S2、关掉氩气，通入氮气，调整真空度为2Pa，温度为450℃，偏压为100V，在CrY粘结层上沉积得到厚度为2μm厚的CrYN过渡层；

S3、调整真空度为3Pa，温度为450℃，偏压为80V，打开Y原子物质的量百分数为3％，B原子物质的量百分数为15％的CrYB合金靶，在CrYN过渡层上沉积得到厚度为6μm厚的CrYN/CrYBN主功能层，自然冷却，即得。

实施例3一种含有CrYBN复合涂层的压铸模具

采用如下方法制备得到所述含有CrYBN复合涂层的压铸模具：

S1、将压铸模具基体在460℃、氩气环境下进行等离子刻蚀后，利用电弧蒸镀系统，在氩气环境下，真空度为0.08Pa，温度为420℃，偏压为70V，打开Y原子物质的量百分数为6％的CrY合金靶，在压铸模具基体上沉积得到厚度为80nm的CrY粘结层；

S2、关掉氩气，通入氮气，调整真空度为1.5Pa，温度为420℃，偏压为80V，在CrY粘结层上沉积得到厚度为1.5μm厚的CrYN过渡层；

S3、调整真空度为2Pa，温度为420℃，偏压为50V，打开Y原子物质的量百分数为4％，B原子物质的量百分数为8％的CrYB合金靶，在CrYN过渡层上沉积得到厚度为8μm厚的CrYN/CrYBN主功能层，自然冷却，即得。

对比例1一种压铸模具

与实施例1不同之处在于，对比例1步骤S1、S2中，将CrY合金靶替换为Cr靶，其余参数及操作参考实施例1。

对比例2一种压铸模具

与实施例1不同之处在于，对比例2步骤S3中，将CrYB合金靶替换为Cr靶，其余参数及操作参考实施例1。

对比例3一种压铸模具

与实施例1不同之处在于，对比例3去掉步骤S2，在CrY粘结层上直接沉积CrYN/CrYBN主功能层，并使复合涂层的总厚度与D1相同，其余参数及操作参考实施例1。

对比例4一种压铸模具

与实施例1不同之处在于，对比例4步骤S1中，CrY粘结层的厚度为200nm，其余参数及操作参考实施例1。

对比例5一种压铸模具

与实施例1不同之处在于，对比例5步骤S2中，CrYN过渡层的厚度为4μm，其余参数及操作参考实施例1。

对比例6一种压铸模具

与实施例1不同之处在于，对比例6步骤S3中，CrYN/CrYBN主功能层的厚度为10μm，其余参数及操作参考实施例1。

实验例1压铸模具性能测试

对实施例1～3及对比例1～6制备的压铸模具的性能进行测定，测试结果参见表1。

表1压铸模具性能测试结果

由表1可见，发明实施例1～3制备的压铸模具的硬度、摩擦系数、附着力和韧性均处于较好的水平，在压铸过程中也不易产生裂纹、热粘，而对比例1～6的各项性能均有不同程度的降低，压铸过程中存在不同程度的裂纹、热粘。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种附着在压铸模具表面的CrYBN复合涂层，其特征在于，所述CrYBN复合涂层由压铸模具基体表面至外依次为粘结层、过渡层和主功能层；其中，所述粘结层为CrY涂层，过渡层为CrYN涂层，主功能层为CrYN与CrYBN交替的CrYN/CrYBN涂层。

2.根据权利要求1所述的CrYBN复合涂层，其特征在于，所述粘结层的厚度为50～100nm。

3.根据权利要求1所述的CrYBN复合涂层，其特征在于，所述过渡层的厚度为1～2μm。

4.根据权利要求1所述的CrYBN复合涂层，其特征在于，所述主功能层的厚度为4～8μm。

5.一种含有权利要求1～4任一所述CrYBN复合涂层的压铸模具。

6.一种权利要求5所述压铸模具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将压铸模具基体进行等离子刻蚀后，利用电弧蒸镀系统，在氩气环境下，打开CrY合金靶，在压铸模具基体上沉积得到CrY粘结层；

S2、关掉氩气，通入氮气，在CrY粘结层上沉积得到CrYN过渡层；

S3、打开CrYB合金靶，在CrYN过渡层上沉积得到CrYN/CrYBN主功能层，自然冷却，即得。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述CrY合金靶中Y原子的物质的量百分数为5～8％。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述CrYB合金靶中Y原子的物质的量百分数为3～5％，B原子的物质的量百分数为8～15％。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，沉积环境的真空度为0.05～0.1Pa；步骤S2中，沉积环境的真空度为1～2Pa；步骤S3中，沉积环境的真空度为2～3Pa。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1、S2、S3中，所述沉积在400～450℃温度下进行。

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