TW201239110A - Coated article and method for making the same - Google Patents

Description

201239110 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種鍍膜件及其製備方法。 【先前技術】

[0002] 模具鋼被廣泛用於鍛造、冲壓、切型、壓鑄等工藝，由 於模具的工作條件苛刻，在高溫下使用時，表面很容易 被氧化，形成的不均勻氧化層不僅會降低產品的表面品 質，而且模具鋼在重複使用的過程中，形成的氧化物鏽 皮易剝落，暴露的基材在高溫下將會繼續被腐蝕。因此 要求模具鋼具有抗高溫氧化的性能。 [0003] 物理氣相沉積製備保護性塗層已成功地應用於工業。過 渡金屬氮化物和碳化物塗層由於具有較高的硬度、良好 的化學穩定性，為各類模具鋼表面強化薄膜中的首選材 料。然它們同時具有高脆性、高殘餘應力、與基材結合 力差等缺陷；且當應用溫度較高時，該類膜層容易被氧 化而失去功效，導致鍍膜件使用壽命縮短。 【發明内容】 [0004] 有鑒於此，有必要提供一種有效解決上述問題的鍍膜件 [0005] 另外，還有必要提供一種上述鍍膜件的製備方法。 [0006] 一種鍍膜件，其包括基材及形成於基材表面的打底層、 形成於打底層表面的金屬銥層、形成於金屬銥層表面的 氮氧化鉻層及形成於氮氧化鉻層表面的氮化鉻層。 [0007] —種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟： 100110000 表單編號A0101 第3頁/共14頁 1002016881-0 201239110 [0008] 提供一基材； [0009] 在基材表面形成打底層； [0010] 在該打底層的表面形成金屬銥層； [0011] 在該金屬錶層表面形成氮氧化絡層； [0012] 在該氮氧化鉻層的表面形成氮化鉻層。 [0013] 本發明鍍膜件膜系逐層過渡較好，膜層内部沒有明顯的 應力產生，這樣在施加外力的情況下，所鍍的膜層不會 因為内部的應力缺陷導致失效；所述金屬銥層具有良好 的高溫抗氧化性能；所述氮氧化鉻層膜層緻密，可有效 地延缓外界的氧氣向膜層内擴散；藉由所述金屬銥層和 氮氧化鉻層共同作用，可保護基材在高溫（800°C)時不被 氧化，從而有效提高鍍膜件的使用壽命。 【實施方式】 [0014] 請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的鍍膜件10包括基材 11、形成於基材11表面的打底層13、形成於打底層13表 面的金屬銀層15、形成於金屬銥層15表面的氮氧化鉻 (CrON)層17及形成於氮氧化鉻層17表面的氮化鉻（CrN) 層19。 [0015] 該基材11的材質為模具鋼，但不限於模具鋼。 [0016] 該打底層13可以磁控濺射的方式形成。該打底層13為金 屬鉻（Cr)層。該打底層13的厚度為20〜50nm。 [0017] 該金屬銥層15可以磁控濺射的方式形成。該金屬銥層15 的厚度為10〜30nm。金屬银由於其具有較低的飽和蒸氣 100110000 表單編號A0101 第4頁/共14頁 1002016881-0 201239110 壓和較低的氧滲透率，因而具有優良的高溫抗氧化性能 ，在1600°C以上的空氣中仍具有很好的機械性能。 [0018] 該氮氧化鉻層17可以磁控濺射的方式形成。該氮氧化鉻 層17的厚度為50〜500nm。該氣氧化路層17膜層敏密， 可有效地延緩外界的氧氣向膜層内擴散。 [0019] 該氮化鉻層19可以磁控濺射的方式形成。該氮化鉻層19 的厚度為20〜80nra。該氣化鉻層19可起到防磨損的作用 ’以保護内部膜層不被磨損刮擦。 [0020] 本發明一較佳實施方式的鍍膜件1〇的製備方法，其包括 以下步驟： f _] (a)提供-基材u，該基㈣的材f可為模具鋼，但不限 於模具鋼。 [0022] [0023] 〇 [0024] ⑻將基仙放人無水乙醇中進行超聲波清洗以去除基 材11表面的污漬，清洗時間為5〜1〇min。 ⑷對經上述處理後的基材U的表面進行氬氣電 以進一步去除基材11表面的⑽1収善基材U表面 與後續鍍層的結合力。結合參閱 ’徒供一真空濂射雄 膜機20，該真空_鑛膜機2Q包 项射錢 i栝一鍍膜室21及連接γ 鍍膜室21的-真空㈣，真空 次運接於 1利用以對鍍膜室2U | 空。該鍍膜室21内設有轉架（未圖示）11抽真 把23和相對設置的二議。轉架 二的二鉻 執跡25運行’且基材U在沿軌跡2/ /口圓形的 運行時亦自轉。 該電漿清洗的具體操作及工藝灰 可為：將基材11固定 100110000 表單編號A0101 第5頁/共14 頁 ^02016881-0 201239110 於鍍膜室21的轉架上’將該鍍膜室21抽真空至3. Ox 10 Pa ’然後向鍍膜室21内通入流量為500sccm(標準狀 態毫升/分鐘）的氬氣（純度為99. 999%)，並施加-200〜 -500V的偏壓於基材11 ’對基材η表面進行氬氣電漿清 洗，清洗時間為3〜lOmin。 [0025] [0026] [0027] (d)採用磁控濺射法在經氬氣電漿清洗後的基材丨丨上濺鍍 一打底層13，該打底層13為金屬鉻層。濺鍍該打底層13 在所述真空濺射鍍膜機20中進行。開啟鉻靶23，設置鉻 靶23的功率為3〜8kw，以I氣為工作氣體，氬氣流量為 100〜150sccm。濺鍍時對基材11施加-loo〜-3〇〇v的偏 壓’並加熱所述鍍膜室21使基材11的溫度為80〜i2(Tc ，鍍膜時間為5〜lOmin。該打底層13的厚度為20〜50nm (e)繼續採用磁控濺射法在所述打底層13的表面濺鍍一金 屬銥層15。關閉鉻靶23，開啟銥靶24 ’設置銥靶24的功 率為3〜8kw，以氬氣為工作氧體，氬氧流量為1〇〇〜 150sccm。濺鍍時對基材π施加-1〇〇〜_3〇〇ν的偏壓， 並加熱所述鍍膜室21使基材丨丨的溫度為80〜12{rc，鍍 膜時間為5〜lOmin。該金屬銥層15的厚度為1〇〜3〇nm。 (e)繼續採用磁控濺射法在所述金屬銥層15的表面濺鍍一 氮氧化鉻層17。關閉銥靶24，開啟鉻靶23，設置鉻靶23 的功率為3〜8kw，濺鍍該氮氧化鉻層17時通入氧氣和氮 氣為反應氣體，氧氣流量為5〇〜1〇〇sccra，氮氣流量為 〜3〇osccm ’鍍膜時間為3〇〜1〇〇min，其他工藝參 數與沉積所述打底層丨3的相同。該氮氧化鉻層17的厚度 100110000 表單編號A0101 第6頁/共14頁 1002016881-0 201239110 [0028] 為50〜500nm。 (f)繼續採用磁控濺射法在所述氮氧化鉻層17的表面濺鍍 一氮化鉻層19。濺鍍該氮化鉻層19時通入氮氣為反應氣 體，氮氣流量為100〜300sccm，鍍膜時間為10〜20min ，其他工藝參數與沉積所述打底層13的相同。該氮化鉻 層19的厚度為20〜80nm。 [0029] [0030]

[0031] [0032] [0033]

[0034] [0035] [0036] 下面藉由實施例來對本發明進行具體說明。 實施例1 本實施例所使用的真空濺射鍍膜機20為中頻磁控濺射鍍 膜機，且為深圳南方創新真空技術有限公司生產，型號 為 SM-1100H。 電漿清洗：氬氣流量為500sccm，基材11偏壓為-200V， 電漿清洗時間為lOmin。 濺鍍打底層13 :鉻靶23的功率為3kw，義氣流量為 lOOsccm，基材11偏壓為-100V，濺鍍溫度為80°C，鍍 膜時間為5min。該打底層13的厚度為20nm。 濺鍍金屬銥層15 :銥靶24的功率為3kw，氬氣流量為 lOOsccm，基材11偏壓為-100V，濺鍍溫度為80°C，鍍 膜時間為5min。該金屬銀層15的厚度為10nm。 濺鐘氮氧化鉻層17 :氧氣流量為50sccm，氮氣流量為 lOOsccm，鑛膜時間為30min，其他工藝參數與沉積所述 打底層13的相同。該氮氧化鉻層17的厚度為50nm。 錢鑛氮化鉻層1 9 :氮氣流量為10 0 s c c m，鑛膜時間為 100110000 表單編號A0101 第7頁/共14頁 1002016881-0 201239110 lOmin，其他工藝參數與沉積所述打底層13的相同，該氮 化鉻層19的厚度為20nm。 [0037] 實施例2 [0038] 本實施例所使用的真空濺射鍍膜機20與蒸鍍機與實施例1 中的相同。 [0039] 電漿清洗：氬氣流量為500sccm，基材11的偏壓為-200V ，電漿清洗時間為lOmin。 [0040] 濺鍍打底層13 :鉻靶23的功率為8kw，氬氣流量為 150sccm，基材11偏壓為-300V，濺鍍溫度為12(TC，鍍 膜時間為lOmin。該打底層13的厚度為50nm。 [0041] 濺鍍金屬銥層15 :銥把24的功率為8kw，氬氣流量為 150sccm，基材11偏壓為-300V，濺鍍溫度為120°C，鍍 膜時間為lOmin。該金屬銥層15的厚度為30nm。 [0042] 滅鍍氮氧化鉻層1 7 :氧氣流量為1 OOsccm，氮氣流量為 300sccm，鍍膜時間為lOOmin，其他工藝參數與沉積所 述打底層13的相同。該氮氧化鉻層17的厚度為500nm。 [0043] 濺鍍氮化鉻層19 :氮氣流量為300sccm，鍍膜時間為 20min，其他工藝參數與沉積所述打底層13的相同，該氮 化鉻層19的厚度為80nm。 [0044] 將上述得的鍍膜件10進行高溫抗氧化測試，具體測試方 法及結果如下： [0045] 採用測試儀器為管式熱處理爐，測試條件為：升溫速率 為10°C/min，熱處理溫度為800°C。 100110000 表單編號A0101 第8頁/共14頁 1002016881-0 201239110 [0046] 測試結果顯示，山丄 . . 由本發明實施例1和2所製傷的鍍膜件1〇 丄8〇〇 c熱處理1〇min後產品均未見氧化脫落等不良； 且採用此種熱處理方式，實施例1和2所製備的鑛膜件10 ，、！循％_次後均未出現氧化、脫落等不良。 [0047] 〇 2咏&實施方式賴件10在基材11的表面沉積打底 ，再在打底層13的表面沉積金屬銥層15，再在金屬 的表面^儿積氮氧化絡層17，再在氮氧化鉻層17的 表面/儿積lUb絡層19，膜系逐層過渡較好，膜層内部沒 有月顯的應力產生，這樣在施加外力的情況下，所鍵的 Β會因為内#的應力缺陷導致失效；所述金屬銥層 二 好的阿他抗氧化性能；；碎也氮氧化鉻層17膜層 、’密可有效地延緩外界的氧氣向膜層内擴散；藉由所 述金屬贫層15和i氡化鉻層17共同作用，可保護基材Μ 在门恤（800 C)時不被氧化，從而有效提高鍵膜件】^的使 用壽命。 【圖式簡單說明】 0 [0048]圖1為本發明一較佳實施例鍍膜件的剖視圖； [0049] 圖2為本發明一較佳實施例真空賤射鑛膜機的示意圖。 【主要元件符號說明】 [0050] 鍍膜件：10 [0051] 基材：11 [0052] 打底層：13 [0053] 金屬銥層：15 100110000 表單編號A0101 第9頁/共14頁 1002016881-0 201239110 [0054] 氮氧化鉻層：17 [0055] 氮化鉻層：19 [0056] 真空濺射鍍膜機：20 [0057] 鍍膜室：21 [0058] 鉻靶：23 [0059] 銥靶：24 [0060] 軌跡：25 [0061] 真空泵：30 1002016881-0 100110000 表單編號A0101 第10頁/共14頁

Claims (1)

1. 201239110 七、申請專利範圍： 1 . 一種鍍膜件，其包括基材及形成於基材表面的打底層，其 改良在於：該鍍膜件還包括形成於打底層表面的金屬銥層 、形成於金屬銥層表面的氮氧化鉻層及形成於氮氧化鉻層 表面的氮化鉻層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述基材的材 質為模具鋼。 3. 如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述打底層為 鉻層，其以磁控滅射的方式形成，厚度為20〜50nm。 ^ 4 .如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述金屬銥層 以磁控濺射的方式形成，該金屬銥層的厚度為10〜30nm 〇 5 .如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮氧化鉻 層以磁控濺射的方式形成，該氮氧化鉻層的厚度為50〜 5 0 0nm。 6 .如申請專利範圍第1項所述之鍍膜件，其中所述氮化鉻層 以磁控濺射的方式形成，該氮化絡層的厚度為20〜80nm ❹ 〇 7 . —種鍍膜件的製備方法，其包括如下步驟： 提供一基材； 在基材表面形成打底層； 在該打底層的表面形成金屬錶層； 在該金屬銀層表面形成氮氧化絡層； 在該氮氧化鉻層的表面形成氮化鉻層。 8 .如申請專利範圍第7項所述之鍍膜件的製備方法，其中所 100110000 表單編號A0101 第11頁/共14頁 1002016881-0 201239110 述打底層為鉻層，形成所述打底層的步驟採用如下方式實 現.採用磁控濺射法，使用金屬路靶，鉻乾的功率為3〜 8kw ’以氬氣為工作氣體，氬氣流量為1〇〇〜， 基材偏壓為-1〇〇〜-3〇〇v，鍍膜溫度為8〇〜12〇它，鍍膜 時間為5〜1 0 m i η。 9 ·如申請專利範圍第7項所述之鍍膜件的製備方法，其中形 成所述金屬銥層的步驟採用如下方式實現：採用磁控濺射 法’使用金屬銥靶’銥靶的功率為3〜8kw，以氬氣為工 作氣體，氬氣流量為1〇〇〜15〇sccm，基材偏壓為_1〇〇〜 -300V，鍍膜溫度為掃〜12〇t，鍍膜時間為5〜1〇min。 10 .如申請專利範圍第7項所述之鍍膜件的製備方法，其中所 述开> 成氮氧化鉻層的步驟採用如下方式實現：採用磁控藏 射法，使用金屬鉻靶，以氡氣和氮氣為反應氣體，氧氣流 量為50〜l〇〇sccm，氮氣流量為i〇〇〜3〇〇sccm，以氬氣 為工作氣體，氬氣流量為1〇〇〜15〇sccm，基材偏壓為 -100〜-300V，鍍膜溫度為8〇〜12〇。〇，鍍膜時間為30〜 10 0 m i η 〇 11 .如申請專利範圍第7項所述之鍍膜件的製備方法，其中所 述形成氮化鉻層的步驟採用如下方式實現：採用磁控濺射 法，使用金屬鉻靶，以氮氣為反應氣體，氮氣流量為丨〇〇 〜300sccm ’以氬氣為工作氣體，氬氣流量為1〇〇〜 150sccm ’基材偏壓為-i〇〇〜_3〇〇v，鍍膜溫度為8〇〜 120C，鏡膜時間為1〇〜2〇min。 100110000 表單編號A0101 第12頁/共14頁 1002016881-0