專利名稱：一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模具，尤其是用于制作紀(jì)念章(包括紀(jì)念幣、印章)產(chǎn)品的具有鏡面的精密壓制模具。
背景技術(shù)：
精密壓制模具是經(jīng)過一定的壓力將金、銀、銅、鋁等胚料按設(shè)計(jì)要求壓制成具有所需形狀、花紋及圖案的產(chǎn)品的模具。模具表面硬度、耐磨性、抗粘著性能以及綜合使用壽命是直接影響紀(jì)念章產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素。通常鏡面壓制成型模具大多采用冷作模具鋼；由于金，銀，銅，鋁等材料硬度較低且延展性好，因此，在一定的壓力下會(huì)粘模，從而造成紀(jì)念幣、印章表面劃痕、粗糙以及模具表面拉毛磨損等后果，嚴(yán)重影響紀(jì)念章產(chǎn)品的表面質(zhì)量。通常壓制模具在壓制幾十個(gè)甚至十幾個(gè)紀(jì)念幣、印章后就需要重新打磨，以保證紀(jì)念章產(chǎn)品具有良好優(yōu)質(zhì)的表面，這樣大大影響了生產(chǎn)效率；因此，提高紀(jì)念章產(chǎn)品壓制模具的表面性能及質(zhì)量具有非常重要的意義。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種紀(jì)念章壓制模具的改進(jìn)，該模具應(yīng)具有較高的抗磨損性能、抗粘著性能和較長(zhǎng)的使用壽命；并且制備簡(jiǎn)便、工藝穩(wěn)定且可重復(fù)性高，并適合規(guī)模化生產(chǎn)。本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具，包括模具鋼基體，其特征在于在基體表面鍍有納米結(jié)構(gòu)Cr基氮化物鍍層，該鍍層沿基體表面垂直方向自里向外依次為Cr界面層、CrN過渡層、CrN鍍層。所述的Cr界面層厚度為0. 2-0. 4 μ m。所述的CrN過渡層厚度為0.8 3μπι。所述CrN鍍層厚度為1. 5 5. 0 μ m。本實(shí)用新型的有益效果在于(1)在較低的鍍制溫度下以下)可以獲得優(yōu)異的膜基結(jié)合強(qiáng)度(劃痕法測(cè)定臨界載荷大于60N)的鍍層。除此之外，還可以在其它低回火溫度的工模具或機(jī)械零部件等基體上進(jìn)行鍍層。(2)鍍層硬度高(18 25GPa)，在合適的工藝參數(shù)條件下，最高硬度超過^GPa。(3)可顯著提高紀(jì)念章壓制成型模具的抵抗粘著磨損性能(用球盤磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定的比磨損率為1. OX 10_16 10. OX 10_16m7N. m ；用球盤磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定的與直徑5mm的 WC-6% Co球?qū)δr(shí)的摩擦系數(shù)為0. 4 0. 6)。該鍍層材料也可用于磨粒磨損服役條件下的各類模具和機(jī)械零部件，以及機(jī)械加工行業(yè)的刀具。


3[0013]圖1為本實(shí)用新型的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的A部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型的要點(diǎn)是在常規(guī)的紀(jì)念章壓制成型模具上鍍制一層納米結(jié)構(gòu)Cr基氮化物鍍層1，利用CrN(氮化鉻)良好的抗磨性、不粘性和耐蝕性，提升模具的表面性能。由此制成的高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具(參見圖1、圖幻，包括模具鋼基體5，基體表面鍍有納米結(jié)構(gòu)Cr基氮化物鍍層，該鍍層沿基體表面垂直方向自里向外依次為Cr界面層 2、CrN過渡層3、CrN鍍層4。以上Cr基氮化物鍍層中Cr界面層由Cr元素組成；CrN過渡層中，氮元素與鉻元素的比例為0 4. 3 1，是一個(gè)氮元素逐漸增多的漸變的過程；CrN鍍層中氮元素與鉻元素的比例為4 4. 3 1。所述的Cr界面層厚度為0. 2-0. 4 μ m ；所述的CrN過渡層厚度為0. 8 3 μ m ；所述 CrN鍍層厚度為1. 5 5. 0 μ m。該模具的制作方法，可依照下列步驟進(jìn)行1)用常規(guī)金屬加工方法制作模具基體，使其幾何形狀等符合要求；2)采用閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備，將被鍍基體放置于該設(shè)備真空腔內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的工件架上，基體周圍均勻布置四個(gè)Cr金屬靶1 ；濺射靶由直流磁控濺射電源提供恒定電流或恒定功率，被鍍基體和濺射靶之間施加直流脈沖負(fù)偏壓；3)鍍膜之前首先對(duì)基體表面用等離子體進(jìn)行轟擊清洗；沉積Cr界面層時(shí)僅通入氬氣，沉積CrN梯度過渡層和CrN鍍層時(shí)同時(shí)通入氬氣和氮?dú)?，氮?dú)獾牧髁坑弥糜贑r靶近表面的光發(fā)射譜裝置進(jìn)行閉環(huán)控制，以精確調(diào)變鍍層的成分。所述方法中Cr靶電流的輸入功率均為0 3kW可調(diào)，以用于調(diào)節(jié)鍍層中的Cr元素的含量。所述方法中在沉積鍍層時(shí)通入的氬氣流量為10sCCm(每分鐘10毫升)。所述方法中基體直流脈沖偏壓為0 500V可調(diào)，以獲得不同力學(xué)和摩擦學(xué)性能的鍍層。制備鍍層采用了閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備。制備時(shí)使用了 Cr單金屬靶，在沉積Cr過程中氮?dú)獾牧髁坑弥糜贑r靶近表面的光發(fā)射譜裝置進(jìn)行閉環(huán)控制，以精確調(diào)變鍍層的成分。沉積時(shí)基體施加直流脈沖偏壓。在基體表面形成納米結(jié)構(gòu)Cr基氮化物鍍層；該Cr基氮化物鍍層從基體垂直向外依次為Cr界面層、CrN梯度過渡層、CrN鍍層；其中CrN鍍層的硬度可達(dá)18 25GPa。該Cr基氮化物鍍層制備方法簡(jiǎn)單，全程可計(jì)算機(jī)控制，工藝穩(wěn)定且可重復(fù)性高， 適合規(guī)?；a(chǎn)。實(shí)施例1鍍層基體用0. 5μπι的金剛石研磨膏拋光的硬度為HRC60-62的Μ42高速鋼和 (100)單晶硅片，用丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗20分鐘，放入鍍層設(shè)備真空室的旋轉(zhuǎn)試樣架上。氬氣流量IOsccm時(shí)真空度2Pa，用500V偏壓等離子體轟擊清洗基體表面20分鐘。 偏壓-65V時(shí)沉積Cr界面層打底5min，Cr靶輸入功率2kW。接著通入氮?dú)獠⒅饾u增加氮?dú)饬髁垮冎艭rN梯度過渡層，時(shí)間60min，其它參數(shù)與制備Cr界面層時(shí)一樣。最后固定氮?dú)?br> 4量，Cr靶輸入功率2kW，其它參數(shù)與上一個(gè)步驟一樣。在整個(gè)鍍制過程中，脈沖偏壓的參數(shù)為頻率500kHz，脈沖寬度250ns，基體所在的一軸旋轉(zhuǎn)試樣架的轉(zhuǎn)速是5rpm。所得樣品根據(jù)以下方式檢測(cè)鍍層厚度用球坑儀測(cè)量；鍍層耐磨性和摩擦系數(shù)用球盤磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)量，對(duì)磨材料為直徑5mm的WC_6 % Co 硬質(zhì)合金球，相對(duì)滑動(dòng)速度200m/min，載荷20N，磨損時(shí)間30min。用Teer ST2200劃痕儀定量測(cè)量鍍層的結(jié)合強(qiáng)度，載荷從ION加到60N，滑動(dòng)速度 10mm/mino檢測(cè)結(jié)果是Cr界面層厚度為0. 3 μ m ；CrN過渡層厚度為1 μ m ；CrN鍍層的厚度為 3μπι。硬度是2000HV，比磨損率為4Χ10—16。實(shí)施例2將偏壓調(diào)節(jié)成-75V，其它所有實(shí)施過程和參數(shù)同實(shí)施例1。檢測(cè)結(jié)果是Cr界面層厚度為0. 3 μ m ；CrN過渡層厚度為1 μ m ；CrN鍍層的總厚度為2. 8 μ m。硬度是2210HV,比磨損率為2. 8 X IO^160
權(quán)利要求1.一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具，包括模具鋼基體(5)，其特征在于在基體表面鍍有納米結(jié)構(gòu)Cr基氮化物鍍層(1)，該鍍層沿基體表面垂直方向自里向外依次為Cr 界面層⑵、CrN過渡層(3)、CrN鍍層(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具，其特征在于所述的Cr界面層厚度為0. 2-0. 4 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具，其特征在于所述的CrN過渡層厚度為0. 8 3 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具，其特征在于所述的CrN鍍層厚度為1. 5 5. 0 μ m。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具。所要解決的技術(shù)問題是提供的模具應(yīng)具有較高的抗磨損性能、抗粘著性能和較長(zhǎng)的使用壽命的特點(diǎn)；并且制備簡(jiǎn)便、工藝穩(wěn)定且可重復(fù)性高，并適合規(guī)?；a(chǎn)。技術(shù)方案是一種高硬度高耐磨性紀(jì)念章壓制成型模具，包括模具鋼基體，其特征在于在基體表面鍍有納米結(jié)構(gòu)Cr基氮化物鍍層，該鍍層沿基體表面垂直方向自里向外依次為Cr界面層、CrN過渡層、CrN鍍層。所述的Cr界面層厚度為0.2-0.4μm。所述的CrN過渡層厚度為0.8～3μm。所述CrN鍍層厚度為1.5～5.0μm。
文檔編號(hào)B21D37/10GK202070661SQ20112003633
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者于磊, 周仔麒, 周慶榮, 孫海林, 李凡巧 申請(qǐng)人:浙江匯錦梯爾鍍層科技有限公司