CN111270203A - 一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层及其制备方法 - Google Patents

一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层及其制备方法。AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层采用梯度层结构，由结合层、过渡层、支撑层、增硬层和抗粘层构成。其制备方法是：对经过化学清洗的离子氮化压铸模具进行离子刻蚀，然后采用电弧离子镀方法沉积纯Nb结合层、NbN过渡金属陶瓷层、NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物支撑层、AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层增硬层和AlCrNbSiTiCN抗粘铝层。涂层从结构上为多种合金涂层材料的组合，成分上具有渐变特点，大幅度降低涂层的内应力和提高涂层的韧性，可以较好克服现有压铸模具涂层抗高温性能和抗粘铝性能不足的缺点，大幅度提高铝压铸模具的寿命和适应性。

Description

一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层及 其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，涉及一种模具涂层，具体涉及一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层及其制备方法。
背景技术
压铸是一种利用高压强制将金属熔液压入形状复杂的金属模内的一种精密铸技术，是目前汽车发动机铝合金缸体的主要生产方法，压铸模具质量是决定缸体质量的重要因素。提高压铸模质量和寿命对于降低企业的生产成本、提高经济效益至关重要。在1964年，日本压铸协会对于压铸定义为“在高温将熔化合金压入精密铸模，在短时间内大量生产高精度而铸面优良的铸造方式”。美国称压铸为Die Casting，英国则称压铸为PressureDie Casting，而最为国内一般业者所熟悉的是日本的说法，称为压铸。压铸是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑，无切屑的有效途径，应用很广，发展很快。目前不再局限于汽车工业和仪表工业，逐步扩大到其它各个工业部门。
模具型芯是铝合金压铸模具系统中的重要组件，其失效形式有热疲劳、铝合金粘着、开裂和变形等。其中铝液粘着是型芯失效的最为常见的形式，当型芯使用到一定模次后，铝合金会粘着于型芯表面，使压铸件尺寸精度受到影响；粘模是通过化学反应和机械粘接共同作用造成的。铝合金与铁在模具中进行融合时，则会产生一种铝合金与模具材料的化学化合物。一旦发生粘模，铝合金与模具就会紧紧地粘接在一起。当型芯表面粘铝导致脱模困难，必须对模具表面进行修复，严重影响正常生产。为了减缓粘铝，一种方法可以通过调整铝合金液中的合金成分，但效果不明显，局限性强。另一方面对型芯表面进行PVD和CVD等工艺处理，使型芯表面形成一层致密而稳定的高硬度薄膜涂层，提高型芯表面的抗铝粘性能、抗氧化性能以及耐磨性能。为了提高使用效果，除了表面涂层处理之外，模具表面喷涂润滑剂也是压铸过程中一个不可缺少的环节，一个是为了给模具降温，另一个是在模具表面形成润滑层，提高脱模性能。目前应用较广的是水基润滑剂，水掺油的润滑剂是最好的，因为使用润滑剂时水在沉积油的同时会通过蒸发冷却模具的表面，这可以帮助脱模。由于润滑剂的大量使用，导致生产成本很高，同时还存在一定的污染，为此新型无润滑剂型抗粘铝涂层的开发具有重要价值。
高熵氮化物涂层由于具有热力学上的高熵效应以及结晶学上的迟缓扩散效应，在抗高温氧化和耐磨等方面具有比常规三元和四元氮化物涂层更突出的优势。(Al29.1Cr30.8Nb11.2Si7.7Ti21.2)50N50体现出优异的综合性能，不但具有超过35GPa的硬度，同具在900℃经2小时退火后其氧化膜仅80纳米厚。尤其值得强调的是(Al0.34Cr0.22Nb0.11Si0.11Ti0.22)50N50涂层，在900℃经50小时长时退火后其氧化膜仅290纳米，1300℃退火增重仅0.015mg/cm2，这是目前氮化物耐氧化实验中报道的最好的抗氧化数据。与常规氮化物涂层相比，高熵涂层在耐高温场合具备更好的结构稳定性和表面抗氧化性能。由于多主元特点导致氧化膜成分复杂，结构致密，能承受激烈的温度载荷，对基体材料具有良好的保护作用，可满足恶劣工况条件下耐温抗氧化的特殊需要。
除了氮化物外，高熵碳化物及氮碳化物也是近年来研究的热点。随碳的加入，高熵碳化物与氮化物相比，其弹性变形抗力(H/E)和塑性变形抗力(H 3/E 2)指标增加，主要是晶粒细化和存在严重晶格畸变的纳米结构引起。(TiAlCoNbY)C和(TiZrNbHfTa)C等是其中的典型代表。经过对(TiZrNbHfTa)N和(TiZrNbHfTa)C涂层研究对比表明，碳化物表现出更好的耐磨性能。最低摩擦系数为0.12，磨损率为0.20×10-6mm 3/Nm。随碳含量不同，(TiAlCrNbY)C摩擦系数在0.05到0.25之间变化。磨损率在0.7×10-6mm3/Nm。此外，随着C、B和Si等元素的加入，氮碳化物表现出比纯的氮化物和碳化物更好的力学性能，主要是强的共价键的存在和氮化物和碳化物相之间的应变适配导致。
在模具的使用过程中，模芯要承受恶劣的热循环和应力，涂层的耐温性、韧性和抗冲击性能对模具的寿命具有决定性的影响。常规氮化物涂层耐温性较好，但抗粘性能不足，在无润滑剂的条件下用到一定的模数后会引起粘模。高熵涂层由于高熵效应、迟缓扩散效应和晶格畸变效应，使涂层中合金元素扩散较普通氮化物更为困难。尤其是晶格畸变减小了晶粒界面能，进而减小晶粒粗化的驱动力，从而使涂层结构在高温条件下具有良好的稳定性。如(AlCrNbSiTiV)N高熵氮化物涂层在1000℃长时退火后仍可保持稳定的FCC结构和较高的硬度，而(TiVZrNbHf)N涂层1100℃长时退火10h后薄膜硬度也可保持44GPa的高硬度水平，而且其H/E*(E*为有效弹性模量)仍高达0.12，表现出极好的强韧性和高温稳定性。高熵合金和氮化物相比，其导热差，耐温性好，可以有效降低模具表面的热应力。可以提高模具的寿命。尤其是高熵氮碳化物，其与铝的活化能高，不利于涂层和铝液之间形成化合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层及其制备方法，该AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层不但具有较好的耐磨性能，同时由于多层结构具有良好的耐温性能和抗粘性能。本发明将AlCrNbSiTiCN作为抗粘涂层主要从以下方面考虑：首先，AlCrNbSiTiCN具有良好的耐温性，压铸模具在工作的过程中，表面涂层需要很好的耐温性，避免高温铝液和涂层发生反应；其次，AlCrNbSiTiCN具有很好的抗粘性能，这主要是其存在大量的碳化物，而碳化物的活化能较高，不容易和铝液发生反应，产生粘着。为了进一步提高涂层的使用性能，还将AlCrNbSiTiCN设计成多层结构，提高涂层的韧性，满足抗冲击的需要，进一步提高涂层模具的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层采用梯度层结构，由结合层、过渡层、支撑层、增硬层和抗粘层构成。结合层为电弧离子镀方法制备的纯Nb结合层，过渡层为NbN过渡金属陶瓷层，支撑层为NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜，增硬层为AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜；抗粘层为AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层。
本发明还提供了上述AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备方法，在300－500℃、氩气和氢气环境中，对经过离子氮化后的压铸模具经过等离子刻蚀，在然后在0.5-1Pa，50-150V沉积10-100纳米厚的过渡金属Nb膜作为结合层；在1-2Pa，100V到150V条件沉积200-800纳米NbN膜作为过渡层；在2-5Pa，150-250V条件下沉积1000-1500纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层，在2-5Pa，50-150V条件下沉积1000-2000纳米AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层。在2-5Pa，50-250V条件下沉积500-1000纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层。涂层总厚度在控制在2.61-5.4微米，制备结束后自然冷却，得到AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层。
由上述技术方案可知本发明是利用电弧离子镀的高离化率来制备高熵合金氮碳化物纳米复合多层涂层材料。为了提高涂层和模具基体的结合力，该方法首先利用弧光放电离子源产生氩离子和氢离子的复合等离子体清洗经过氮化的压铸模具表面，离子刻蚀的目的是去除表面的氧化物和吸附的气体。该过程对于提高涂层的附着力效果比较明显，如果模具表面存在氧化物，那涂层和基体的附着力一般较差。离子刻蚀清洗一般在50-150V的负偏压下进行，清洗时间从30-60分钟不等。一般电压从低到高逐步增加，避免一次加到位时引起打火。
在离子刻蚀清洗结束后，压铸模基体表面比较清洁，达到镀膜的要求。随后本发明采用电弧离子镀技术从Nb靶上将Nb金属经过高温蒸发朝压铸模具表面运动，当Nb离子运动到模具附近时，在模具表面负电压的吸引下，高速运动到模具表面，对模具表面进行撞击，可以进一步清除离子刻蚀过程未完全清除的氧化物。撞击过程会产生高温，Nb金属会和基体形成扩散层，为后续涂层提供良好的结合界面。随后降低偏压，在压铸模具上沉积过渡金属Nb膜作为结合层。然后通入氮气与Nb反应生成NbN膜作为过渡层。在NbN涂层的基础上，开启AlCrNbSiTi靶，压铸模具不断旋转，当压铸模具旋转到Nb靶前面时，形成NbN层，当压铸模具旋转到AlCrNbSiTi靶前面时，形成AlCrNbSiTiN层，从而生成NbN层和AlCrNbSiTiN层交替分布的NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层。将两者结合的目的主要是考虑高熵合金材料为多元材料，与基体之间的晶格常数差别较大，为此将其和NbN形成多层膜减少和基体之间的失配度，降低工作时的热应力。当支撑层沉积结束后，涂层具有了一定的厚度和硬度，为了进一步提高其硬度，关闭Nb靶，交替通入氮气和乙炔，制备AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层，利用两种材料的高硬度制备增硬层，主要是承受压铸模具巨大的冲击应力。最后同时通入氮气和乙炔在增硬层的表面制备AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层，利用形成高熵合金氮碳化物活化能高的特点提高其和铝液相互粘连的难度，达到抗铝液粘附的效果。制备结束后获得高熵合金氮碳化物涂层的压铸模具。
因此本发明具有如下优点：
第一，与常规压铸模具涂层相比，本发明采用两种高熵合金涂层构筑新型超硬耐温抗粘附涂层；
第二，本发明充分利用纳米多层复合，梯度复合涂层技术，形成结构和成分渐变，涂层和基体为冶金结合，具有良好的附着力；
第三，与常规电弧离子镀技术相比，本发明采用多层结构技术抑制了柱状晶的生长，提高涂层的致密度，这不但提高了涂层的耐腐蚀性，同时耐磨性也大幅度提高；
第四，本发明将耐温耐磨较好的AlCrNbSiTiN涂层和抗粘附的AlCrNbSiTiCN构建新型高熵超硬抗粘压铸模具涂层，突破现有压铸模涂层抗冲击和抗粘不足的缺点；
第五，本发明将AlCrNbSiTiCN作为抗粘层，将会大幅度提高压铸模具的加工适应能力。
本发明所制备AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层具有良好的结合力和耐磨耐温性能，保证压铸模具长期稳定工作，大幅度减少脱模剂的使用，加工质量稳定，加工效率提高，降低了厂家的生产成本。
附图说明
图1所示为本发明所用的电弧离子镀设备装置结构示意图。
图2为本发明AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层结构示意图，从图中可以看出，涂层结构上存在成分和硬度梯度，降低了涂层的应力，可沉积较厚的涂层。
图3为本发明制备的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层表面形貌图，从图中可以看出涂层表面致密。
图4为本发明制备的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层截面形貌图，从图中可以看出涂层和基体结合紧密，无明显的孔隙。
附图标记：1-Nb靶，2-加热器，3-AlCrNbSiTi靶，4-抽真空口，5-工件架，6-AlCrNbSiTi靶，7-真空室，8-模具基体，9-结合层，10-过渡层，11-支撑层，12-增硬层，13-抗粘层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明所用的电弧离子镀设备，电弧离子镀设备的真空室7由炉壁围成，真空室尺寸为500x500x500 mm。真空室设有抽真空口4，抽真空机组通过抽真空口4对真空室进行抽真空。真空室7的四个角是加热器2，每个加热器的加热功率10-30千瓦，提高加热效率。三个电弧靶分三列安装在真空室的炉壁上，三个电弧靶分别为一个Nb靶1和两个AlCrNbSiTi靶3、6，样品装在工件架5上。该布局使真空室中等离子体密度大幅度增加，工件完全浸没在等离子体中。使涂层沉积速率、硬度、附着力得到较大的提高。由于对靶结构进行了优化，磁场分布更均匀，使电弧在靶面上均匀燃烧，提高了涂层的均匀性。
如图2所示，为本发明用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层，包括从内之外依次沉积在模具基体8表面的结合层9、过渡层10、支撑层11、增硬层12和抗粘层13，所述结合层为通过电弧离子镀方法在模具基体上制备的纯Nb结合层，过渡层为NbN过渡金属陶瓷层，支撑层为NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜(其中NbN层和AlCrNbSiTiN层交替分布，比如各有50层，具体数量根据设计过渡层的膜厚度决定)，增硬层为AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜(其中AlCrNbSiTiN层和AlCrNbSiTiCN层交替分布，比如各有60层，具体数量根据设计增硬层的膜厚度决定)；抗粘层为AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层。
作为一种具体实施例，所述支撑层中，NbN单层和AlCrNbSiTiN单层交替沉积，NbN单层厚为10-30纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为5-20纳米，该多层膜中涂层的调制周期为15-50纳米。
作为一种具体实施例，所述增硬层中，AlCrNbSiTiN单层和AlCrNbSiTiCN单层交替沉积，AlCrNbSiTiN单层厚为2-20纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为4-30纳米，该多层膜中涂层的调制周期为6-50纳米。
作为一种具体实施例，所述的抗粘层中C/N摩尔比值范围为1/10≤C/N≤10。
作为一种具体实施例，所述结合层厚度为10-100纳米，过渡层厚度为200-800纳米，支撑层厚度为1000-1500纳米，增硬层厚度为1000-2000纳米，抗粘层为500-1000纳米，涂层总厚度为2.61-5.4微米。
一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、准备工作，打开电弧离子镀设备，将模具放入真空室内，将经过氮化处理的压铸模具采用离子刻蚀清洗，使得模具基体表面达到镀膜的要求，具体为：
离子刻蚀清洗为在300-500℃条件下，利用弧光放电离子源产生氩离子和氢离子的复合等离子体清洗经过氮化的压铸模具表面，离子刻蚀清洗在50-150V的负偏压下进行，清洗时间为30-60。
步骤2、打开Nb靶，在0.05-0.1Pa，600V到800V条件进行离子轰击，以进一步清除离子刻蚀过程未完全清除的氧化物；随后降低偏压，采用电弧离子镀技术在0.5-1Pa，50-150V沉积10-100纳米厚的过渡金属Nb膜作为结合层；
步骤3、然后通入氮气与Nb反应，在1-2Pa，100V到150V条件沉积200-800纳米NbN膜作为过渡层；
步骤4、在NbN膜作为过渡层的基础上，逐步开启AlCrNbSiTi靶，在2-5Pa，150-250V条件下沉积1000-1500纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层，NbN单层厚为10-30纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为5-20纳米，涂层调制周期为15-50纳米；
步骤5、关闭Nb靶，交替通入氮气和乙炔，在2-5Pa，50-150V条件下沉积1000-2000纳米AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层，AlCrNbSiTiN单层厚为2-20纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为4-30纳米，调制周期为6-50纳米；
步骤6、之后同时通入氮气和乙炔，在2-5Pa，50-250V条件下沉积500-1000纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层，涂层总厚度在控制在2.61-5.4微米，关闭电弧离子镀设备，自然冷却后完成AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备。
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明：
实施例1：在300℃、氩气和氢气环境中，对经过离子氮化的压铸模具经过等离子刻蚀结束后，在0.05Pa，600V条件离子轰击，然后在0.5Pa，50V沉积10纳米厚的过渡金属Nb膜作为结合层；在1Pa，100V条件沉积200纳米NbN膜作为过渡层；在2Pa，150V条件下沉积1000纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层，NbN单层厚为10纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为10纳米，涂层调制周期为20纳米。在2Pa，50V条件下沉积1000纳米AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层，AlCrNbSiTiN单层厚为2纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为8纳米，调制周期为10纳米。在2Pa，50V条件下沉积500纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层。涂层总厚度在控制在2.61-5.4微米，制备结束后自然冷却，得到具有AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的压铸模具。
实施例2：在500℃、氩气和氢气环境中，对经过离子氮化的压铸模具经过等离子刻蚀结束后，在0.1Pa，600V到800V条件离子轰击，然后在1Pa，150V沉积10-100纳米厚的过渡金属Nb膜作为结合层；在2Pa，150V条件沉积800纳米NbN膜作为过渡层；在5Pa，250V条件下沉积1500纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层，NbN单层厚为30纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为20纳米，涂层调制周期为50纳米。在5Pa，150V条件下沉积2000纳米AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层，AlCrNbSiTiN单层厚为20纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为30纳米，调制周期为50纳米。在5Pa，250V条件下沉积1000纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层。涂层总厚度在控制在5.4微米，制备结束后自然冷却，得到具有AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的压铸模具。
实施例3：在400℃、氩气和氢气环境中，对经过离子氮化的压铸模具经过等离子刻蚀结束后，在0.08Pa，700V条件离子轰击，然后在0.8Pa，100V沉积80纳米厚的过渡金属Nb膜作为结合层；在1.5Pa，100V条件沉积500纳米NbN膜作为过渡层；在4Pa，200V条件下沉积1000纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层，NbN单层厚为10纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为10纳米，涂层调制周期为20纳米。在4Pa，50V条件下沉积1000纳米AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层，AlCrNbSiTiN单层厚为20纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为20纳米，调制周期为40纳米。在2Pa，150V条件下沉积800纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层。涂层总厚度在控制在3.65微米，制备结束后自然冷却，得到具有AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的压铸模具。
实施例4：在450℃、氩气和氢气环境中，对经过离子氮化的压铸模具经过等离子刻蚀结束后，在0.09Pa，700V条件进行离子轰击。然后在0.6Pa，100V沉积50纳米厚的过渡金属Nb膜作为结合层；在1Pa，100V条件沉积400纳米NbN膜作为过渡层；在4Pa，200V条件下沉积1200纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层，NbN单层厚为10纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为20纳米，涂层调制周期为30纳米。在5Pa，50V条件下沉积1500纳米AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层，AlCrNbSiTiN单层厚为10纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为20纳米，调制周期为30纳米。在2Pa，50V条件下沉积600纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层。涂层总厚度在控制在3.75微米，制备结束后自然冷却，得到具有AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的压铸模具。
实施例5：在450℃、氩气和氢气环境中，对经过离子氮化的压铸模具经过等离子刻蚀结束后，在0.1Pa，800V条件进行离子轰击。然后在1Pa，50V沉积100纳米厚的过渡金属Nb膜作为结合层；在2Pa，150V条件沉积800纳米NbN膜作为过渡层；在5Pa，150V条件下沉积1000纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜作为支撑层，NbN单层厚为10纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为10纳米，涂层调制周期为20纳米。在2Pa，50V条件下沉积1500纳米AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜作为增硬层，AlCrNbSiTiN单层厚为20纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为10纳米，调制周期为30纳米。在5Pa，50V条件下沉积1000纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层作为抗粘层。涂层总厚度在控制在4.4微米，制备结束后自然冷却，得到具有AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的压铸模具。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于压铸模具的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层，其特征在于：包括从内之外依次沉积在压铸模具表面的结合层、过渡层、支撑层、增硬层和抗粘层，所述结合层为通过电弧离子镀方法在模具基体上制备的纯Nb结合层，过渡层为NbN过渡金属陶瓷层，支撑层为NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜，增硬层为AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜；抗粘层为AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层。
2.如权利要求1所述的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层，其特征在于：所述支撑层中，NbN单层和AlCrNbSiTiN单层交替沉积，NbN单层厚为10-30纳米，AlCrNbSiTiN单层厚度为5-20纳米，该多层膜的调制周期为15-50纳米。
3.如权利要求1所述的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层，其特征在于：所述增硬层中，AlCrNbSiTiN单层和AlCrNbSiTiCN单层交替沉积，AlCrNbSiTiN单层厚为2-20纳米，AlCrNbSiTiCN单层厚度为4-30纳米，该多层膜的调制周期为6-50纳米。
4.如权利要求1所述的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层，其特征在于：所述的抗粘层中C/N摩尔比值范围为1/10≤C/N≤10。
5.如权利要求1所述的AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层，其特征在于：所述结合层厚度为10-100纳米，过渡层厚度为200-800纳米，支撑层厚度为1000-1500纳米，增硬层厚度为1000-2000纳米，抗粘层为500-1000纳米，涂层总厚度为2.61-5.4微米。
6.一种权利要求1所述AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、准备工作，打开电弧离子镀设备，将压铸模具放入真空室内，将经过氮化处理的压铸模具采用离子刻蚀清洗，使得模具基体表面达到镀膜的要求；
步骤2、打开Nb靶，采用电弧离子镀技术从Nb靶蒸镀，在模具基体表面镀上纯Nb作为结合层；
步骤3、然后通入氮气与Nb反应生成NbN膜作为过渡层；
步骤4、在NbN膜作为过渡层的基础上，逐步开启AlCrNbSiTi靶生成作为支撑层的NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜；
步骤5、关闭Nb靶，交替通入氮气和乙炔，制备作为增硬层的AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜；
步骤6、之后同时通入氮气和乙炔，制备作为抗粘层的AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层，关闭电弧离子镀设备，自然冷却后完成AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备。
7.如权利要求6所述AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，离子刻蚀清洗为在300-500℃条件下，利用弧光放电离子源产生氩离子和氢离子的复合等离子体清洗经过氮化的压铸模具表面，离子刻蚀清洗在50-150V的负偏压下进行，清洗时间为30-60min。
8.如权利要求6所述AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2中在沉积结合层之前，先在0.05-0.1Pa，600V-800V条件下利用进行Nb靶对模具基体表面离子轰击。
9.如权利要求8所述AlCrNbSiTiCN高熵合金纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2至步骤6中各步骤工艺参数为：
步骤2中结合层为在0.5-1Pa，50-150V沉积10-100纳米厚的过渡金属Nb膜；
步骤3中过渡层为在1-2Pa，100V到150V条件沉积的200-800纳米NbN膜；
步骤4中支撑层为在2-5Pa，150-250V条件下沉积的1000-1500纳米NbN/AlCrNbSiTiN高熵合金氮化物纳米多层膜；
步骤5中增硬层为在2-5Pa，50-150V条件下沉积1000-2000纳米的AlCrNbSiTiN/AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物纳米多层膜；
步骤6中抗粘层为在2-5Pa，50-250V条件下沉积的500-1000纳米AlCrNbSiTiCN高熵合金氮碳化物层。
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