一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層及其制備方法，該保護(hù)性涂層包括最內(nèi)層、過渡層、金屬層、中間過渡層、陶瓷層；所述的最內(nèi)層用以提高涂層與模具的結(jié)合力；所述的過渡層為介于金屬與陶瓷之間的材料，由金屬逐步變?yōu)樘沾桑凰龅淖顑?nèi)層和金屬層均為鋯，鉿、鉭、鎢、鈦、釩、鉻、錳、鎳、鉬中的一種，通過過濾離子鍍的方法制備而成；所述的中間過渡層，由陶瓷層與金屬層交替組合而成，實(shí)際層數(shù)為2或4或6層，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外依次為陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層；所述的陶瓷層為碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物中的一種或任意組合；該保護(hù)性涂層的總層數(shù)為6或8或10層。本發(fā)明可減小脫模的難度，提高模具產(chǎn)品的質(zhì)量，而且可提高模具壽命4-5倍以上。
【專利說明】 一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型抗腐蝕、耐磨的多層復(fù)合膜，在模具(含壓鑄模具)、刀具、泵體、閥芯、耐磨無油軸承環(huán)和滾珠、以及紡織機(jī)械零件的纖維切斷刀、繞線輥、壓縮滾筒等特殊表面保護(hù)的應(yīng)用，屬于新材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬(主要是鋁及鋁合金)壓鑄工藝以其優(yōu)良的尺寸精度，不需要或很少需要后續(xù)加工已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的加工工藝(如沙模鑄造)而被汽車，手機(jī)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。
[0003]對于金屬壓鑄工藝，模具質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。在壓鑄過程中，模具需要承受高溫高壓，而且經(jīng)受大量的冷熱循環(huán)，所以對模具材料要求很高，世界上發(fā)達(dá)國家都采用優(yōu)質(zhì)H13鋼或者其他高性能模具鋼，因此此類模具非常昂貴，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，模具成本占到了本工藝成本的10?15%。因此提高模具的使用壽命，防止因腐蝕造成的模具表面損傷，不僅可以有效的提聞廣品質(zhì)量，而且可以大幅減少成本。
[0004]對于壓鑄模具來說，其失效主要有以下幾個(gè)原因:(I)高溫(650?700°C )高壓下，熔融鋁侵蝕模具金屬表面；(2)熔融鋁擴(kuò)散進(jìn)入模具金屬從而腐蝕模具；(3)更為嚴(yán)重的是熔融鋁和模具金屬形成鋁鐵合金而焊接在一起，導(dǎo)致無法脫模。這些情況都會嚴(yán)重降低模具的使用壽命，降低模具的表面質(zhì)量，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至導(dǎo)致模具的失效，造成工廠停工。
[0005]為了提高壓鑄模具的品質(zhì)，常見的方法包括使用特種合金鋼，模具表面滲硼，滲氮，但是這些方法都不是十分有效。使用特種合金鋼大幅增加模具成本，而且壽命增加有限；表面滲硼，滲氮都會使模具表面脆性增加，無法有效提高模具壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決熔融鋁合金對壓鑄模具的腐蝕而引發(fā)的模具失效問題，本發(fā)明提供了一種新型的復(fù)合多層結(jié)構(gòu)的高性能保護(hù)性涂層，通過對涂層材料以及多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，此涂層可大幅減小熔融鋁在模具表面的附著，防止熔融鋁的擴(kuò)散，阻止焊接的發(fā)生。此涂層可減小脫模的難度，提高模具產(chǎn)品的質(zhì)量，而且可提高模具壽命4?5倍以上。
[0007]本發(fā)明提供的一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層，包括多層結(jié)構(gòu)，以靠近模具方向?yàn)閮?nèi)，由內(nèi)到外依次為最內(nèi)層、過渡層、金屬層、中間過渡層、陶瓷層；所述的最內(nèi)層用以提高涂層與模具的結(jié)合力；所述的過渡層為介于金屬與陶瓷之間的材料，由金屬逐步變?yōu)樘沾桑凰龅闹虚g過渡層，由陶瓷層與金屬層交替組合而成，實(shí)際層數(shù)為2或4或6層，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外依次為陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層；該復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層的總層數(shù)為6或8或10層，每層厚度在100?500nm之間。
[0008]所述的最內(nèi)層和金屬層均為鋯、鉿、鉭、鎢、鈦、釩、鉻、錳、鎳、鑰中的一種，通過過濾離子鍍的方法制備而成；[0009]所述的陶瓷層為碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物中的一種或任意組合，進(jìn)一步地優(yōu)選方案為 HfB2, SiC、TiN、CrN、TiAIN、TiSiN、BC、SiAlON、SiCN、WC、MoSi2 中的一種或任意組合，通過過濾離子鍍的方法和等離子增強(qiáng)化學(xué)沉積相結(jié)合的方法制備而成；
[0010]所述的各層厚度以及材料選擇主要根據(jù)模具本身材料膨脹系數(shù)，以及模具所用材料來調(diào)整。
[0011]本發(fā)明還提供一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0012](I)壓鑄模具預(yù)處理
[0013]將加工好的壓鑄模具的表面拋光后，進(jìn)行除油清理，然后水沖洗后吹干備用；
[0014]⑵工裝卡具
[0015]為了保證涂層的均一性，把模具安放在專用卡具上，充分旋轉(zhuǎn)；
[0016](3)加熱和表面等離子清洗
[0017]為了保證涂層和模具之間的結(jié)合力，把模具加熱到250?400°C，在等離子的轟擊下進(jìn)一步清洗；
[0018](4)涂層的制備
[0019]最內(nèi)層、過渡層、金屬層、中間過渡層和陶瓷層按照預(yù)先設(shè)定的成分、厚度以及順序沉積到模具表面，制得本發(fā)明一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層。
[0020]通過上述步驟制得的涂層，經(jīng)刮痕試驗(yàn)測得，其與模具的結(jié)合力可達(dá)100N以上，確保了保護(hù)性涂層與模具之間的完美結(jié)合。另外，在靜態(tài)測試(無冷熱循環(huán))以及動態(tài)測試(快速冷熱循環(huán))中，溫度690°C，使用涂層后，腐蝕造成的材料質(zhì)量損失都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無涂層的對比樣品。使用本涂層后，材料損失是無涂層的2 %，可提高模具壽命4?5倍以上。
[0021]本發(fā)明的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層，通過對各層材料的篩選，以及對每層厚度的設(shè)計(jì)，可以制適應(yīng)不同模具，且保證二者之間具有非常好的結(jié)合力，長期使用不會對模具的尺寸精度帶來很大影響，具有耐磨、耐蝕、耐熱、耐熔融金屬侵蝕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，涂層本身對高溫下鋁的擴(kuò)散有很強(qiáng)的阻隔作用而且涂層有優(yōu)良的抗冷熱循環(huán)的能力。不僅可以應(yīng)用于模具(含壓鑄模具)方面，還能廣泛地用于刀具、泵體、閥芯、耐磨無油軸承環(huán)和滾珠、以及紡織機(jī)械零件的纖維切斷刀、繞線輥、壓縮滾筒等特殊表面保護(hù)領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]說明書附圖中:
[0023]圖1本發(fā)明的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層與模具的示意圖；
[0024]圖中:1、最內(nèi)層；2、過渡層；3、金屬層；4、中間過渡層；5陶瓷層。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例一
[0026]汽車發(fā)動機(jī)壓鑄模具中的中心銷和定位銷，經(jīng)過拋光，去油的預(yù)處理工藝后，裝入弧光離子鍍設(shè)備腔體中，充分旋轉(zhuǎn)。然后腔體中的中心銷，定位銷被加熱到250?400°C，真空度到10_6?10_7torr。然后其表面被氣體等離子和金屬等離子連續(xù)轟擊清洗，復(fù)合涂層按設(shè)計(jì)的厚度和成分被依次沉積到表面，總涂層厚度為2?5 μ m。被新型復(fù)合涂層涂覆的中心銷和定位銷的使用壽命比沒有涂層的H13優(yōu)質(zhì)模具鋼中心銷和定位銷高5倍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層，其特征在于:以靠近模具方向?yàn)閮?nèi)，由內(nèi)到外依次為最內(nèi)層、過渡層、金屬層、中間過渡層、陶瓷層；所述的最內(nèi)層和金屬層均為鋯、鉿、鉭、鶴、鈦、銀、鉻、猛、鎳、鑰中的一種；所述的過渡層為介于金屬與陶瓷之間的材料，由金屬逐步變?yōu)樘沾?；所述的中間過渡層，由陶瓷層與金屬層交替組合而成，實(shí)際層數(shù)為2或4或6層，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外依次為陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層或陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層/陶瓷層/金屬層；所述的陶瓷層為碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物中的一種或任意組合。
2.如權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層，其特征在于:所述的每層厚度在 100-500nm 之間。
3.如權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層，其特征在于:所述的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層的總層數(shù)為6或8或10層。
4.如權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層，其特征在于:所述的陶瓷層優(yōu)選為 HfB2、SiC、TiN、CrN、TiAIN、TiSiN、BC、SiAlON、SiCN、WC、MoSi2 中的一種或任意組合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層的制備方法，其特征在于:該制備方法包括如下步驟: (1)壓鑄模具預(yù)處理 將加工好的壓鑄模具的表面拋光后，進(jìn)行除油清理，然后水沖洗后吹干備用； (2)工裝卡具 把模具安放在專用卡具上，充分旋轉(zhuǎn)； (3)加熱和表面等離子清洗 把模具加熱到250-400°C，在等離子的轟擊下進(jìn)一步清洗； (4)涂層的制備 最內(nèi)層、過渡層、金屬層、中間過渡層和陶瓷層按照預(yù)先設(shè)定的成分、厚度以及順序沉積到模具表面，制得本發(fā)明一種新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層。
6.如權(quán)利要求5所述的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層的制備方法，其特征在于:所述的最內(nèi)層和金屬層均通過過濾離子鍍的方法制備而成。
7.如權(quán)利要求5所述的新型復(fù)合多層結(jié)構(gòu)保護(hù)性涂層的制備方法，其特征在于:所述的陶瓷層通過過濾離子鍍的方法和等離子增強(qiáng)化學(xué)沉積相結(jié)合的方法制備而成。
【文檔編號】C23C14/22GK104002512SQ201410274155
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】賀鵬 申請人:賀鵬