專利名稱：一種工模具表面耐磨涂層的制備方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面鍍膜領域，尤其涉及一種工模具表面耐磨涂層的制備方法。
背景技術：
目前，隨著先進加工技術的發展，對工模具產品的性能提出了更高的要求。現在工模具產品主要采用涂硬質膜，提高其工作壽命和效率。在工模具產品表面涂層領域，國內外廣泛采用多弧離子鍍設備與技術、空心陰極離子鍍鍍設備與技術等，制備TiN、A1N、CrN, TiC、TiCN、TiAlN等涂層，因為其抗氧化溫度低、摩擦力大、與基體結合力小等原因，應用受到限制。國內外主要采用TiN、AlN、CrN、TiC、TiCN、TiAlN等單質膜涂層提高其工作壽命和效率。但是，現有的工模具產品主要采用TiN、AlN、CrN、TiC、TiCN、TiAlN等單質膜涂層，因為其抗氧化溫度低或摩擦力大、內應力大等原因，使用時容易剝落。
發明內容
針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在于提供一種工模具表面耐磨涂層的制備方法，TiN/CrN復合膜涂層可根據不同條件，調整膜層的成分、厚度和膜層過渡層，從而降低膜層的內應力，充分發揮TiN的高硬度、CrN的低摩擦力的優點，且TiN/CrN復合膜涂層在生產過程中無廢水廢氣，對環境無污染，環境效益高。為了解決以上的技術問題，本發明提供的工模具表面耐磨涂層的制備方法，包括如下步驟(1)工模具的清洗，去除工模具表面的氧化皮、附著物等雜質；(2)去除工模具表面的油脂；(3)漂洗掉工模具表面去油污物質的殘留物；(4)工模具除水并干燥；(5)工模具放入非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架上，使非平衡磁控濺射離子鍍設備達到一定的真空度；(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的離子對工模具表面刻蝕，使其露出潔凈表面； (7)涂層材料為高純度的Ti、Cr金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍設備內， 在電磁場和等離子場的作用下，Ti、Cr、Ar和N2電離成離子，在電場作用下在工模具表面反應生成TiN/Cr的復合膜；(8)Ti、Cr金屬在非平衡磁控濺射離子鍍設備內按一定規律排列，工模具隨著非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架一起轉動，制備出TiN/Cr的復合膜。優選地，步驟O)中，用超聲波及金屬清洗劑去除工模具表面的油脂。優選地，步驟(3)中，用純凈水或去離子水漂洗掉工模具表面去油污物質的殘留物。優選地，步驟(5)中，非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空度達到6. 7E-3Pa以上。優選地，步驟(6)中，刻蝕溫度達到200°C 520°C，提高涂層與工模具表面的結合力。優選地，步驟(8)中，調整非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架的轉動速度和涂層時間，轉動速度0 10轉/分鐘，涂層時間60 120分鐘，控制TiN/Cr的復合膜的層數。優選地，步驟(8)中，工模具TiN/Cr的復合膜的層數一般為2 1000層。優選地，步驟(8)中，調整Ti、Cr金屬的濺射功率，濺射功率為0 30KW，控制超硬薄膜TiN、CrN單質薄膜的厚度。優選地，步驟(8)中，超硬薄膜TiN、CrN單質薄膜的厚度為1 70納米。優選地，步驟(8)中，TiN/Cr的復合膜的的厚度一般為3 15微米。與現有技術相比，本發明提供的工模具表面耐磨涂層的制備方法，多元多層TiN/ Cr復合膜涂層可根據不同切削條件，隨時調整膜層的成分、厚度和膜層過渡層，涂層工模具的通用性更好，且復合膜涂層在生產過程中無廢水廢氣，對環境無污染，環境效益高。
具體實施例方式為了本領域的技術人員能夠更好地理解本發明所提供的技術方案，下面結合具體實施例進行闡述。本發明的工模具表面耐磨涂層的制備方法，包括如下步驟(1)工模具的清洗，去除工模具表面的氧化皮、附著物等雜質；(2)用超聲波及金屬清洗劑去除工模具表面的油脂；(3)用純凈水或去離子水漂洗掉工模具表面去油污物質的殘留物；(4)工模具用脫水劑除水并干燥；(5)工模具放入非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架上，使非平衡磁控濺射離子鍍設備達到一定的真空度，非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空度達到6. 7E-3Pa以上；(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的離子對工模具表面刻蝕，使其露出潔凈表面，刻蝕溫度達到200°C 520°C，提高涂層與工模具表面的結合力；(7)涂層材料為高純度的Ti、Cr金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍設備內， 在電磁場和等離子場的作用下，Ti、Cr、Ar和N2電離成離子，在電場作用下在工模具表面反應生成TiN/Cr的復合膜；(8)Ti、Cr金屬在非平衡磁控濺射離子鍍設備內按一定規律排列，工模具隨著非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架一起轉動，制備出TiN/Cr的復合膜。步驟(8)中，調整非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架的轉動速度和涂層時間， 轉動速度0 10轉/分鐘，涂層時間60 120分鐘，控制TiN/Cr的復合膜的層數；工模具 TiN/Cr的復合膜的層數一般為2 1000層。調整Ti、Cr金屬的濺射功率，濺射功率為0 30KW，控制超硬薄膜TiN、CrN單質薄膜的厚度；步驟(8)中，超硬薄膜TiN、CrN單質薄膜的厚度為1 70納米；步驟(8)中，TiN/Cr的復合膜的的厚度一般為3 15微米。與現有技術相比，本發明提供的工模具表面耐磨涂層的制備方法，TiN/CrN復合膜涂層可根據不同條件，調整膜層的成分、厚度和膜層過渡層，從而降低膜層的內應力，充分發揮TiN的高硬度、CrN的低摩擦力的優點，且TiN/CrN復合膜涂層在生產過程中無廢水廢氣，對環境無污染，環境效益高。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)工模具的清洗，去除工模具表面的氧化皮、附著物等雜質；(2)去除工模具表面的油脂；(3)漂洗掉工模具表面去油污物質的殘留物；(4)工模具除水并干燥；(5)工模具放入非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架上，使非平衡磁控濺射離子鍍設備達到一定的真空度；(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的離子對工模具表面刻蝕，使其露出潔凈表面；(7)涂層材料為高純度的Ti、Cr金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍設備內，在電磁場和等離子場的作用下，Ti、Cr、Ar和N2電離成離子，在電場作用下在工模具表面反應生成TiN/Cr的復合膜；(S)TiXr金屬在非平衡磁控濺射離子鍍設備內按一定規律排列，工模具隨著非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架一起轉動，制備出TiN/Cr的復合膜。
2.根據權利要求1所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟O)中， 用超聲波及金屬清洗劑去除工模具表面的油脂。
3.根據權利要求1所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(3)中， 用純凈水或去離子水漂洗掉工模具表面去油污物質的殘留物。
4.根據權利要求1所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(5)中， 非平衡磁控濺射離子鍍設備的真空度達到6. 7E-3Pa以上。
5.根據權利要求1所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(6)中， 刻蝕溫度達到200°C 520°C，提高涂層與工模具表面的結合力。
6.根據權利要求1所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(8)中， 調整非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架的轉動速度和涂層時間，轉動速度0 10轉/分鐘，涂層時間60 120分鐘，控制TiN/Cr的復合膜的層數。
7.根據權利要求6所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(8)中， 工模具TiN/Cr的復合膜的層數一般為2 1000層。
8.根據權利要求1所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(8)中， 調整Ti、Cr金屬的濺射功率，濺射功率為0 30KW，控制超硬薄膜TiN、CrN單質薄膜的厚度。
9.根據權利要求8所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(8)中， 超硬薄膜TiN、CrN單質薄膜的厚度為1 70納米。
10.根據權利要求9所述的工模具表面耐磨涂層的制備方法，其特征在于，步驟(8)中， TiN/Cr的復合膜的的厚度一般為3 15微米。
全文摘要
本發明公開一種工模具表面耐磨涂層的制備方法，涂層材料為高純度的Ti、Cr金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍設備內，在電磁場和等離子場的作用下，Ti、Cr、Ar和N2電離成離子，在電場作用下在工模具表面反應生成TiN/Cr的復合膜；Ti、Cr金屬在非平衡磁控濺射離子鍍設備內按一定規律排列，工模具隨著非平衡磁控濺射離子鍍設備的工件架一起轉動，制備出TiN/Cr的復合膜。與現有技術相比，本發明提供的工模具表面耐磨涂層的制備方法，TiN/CrN復合膜涂層可根據不同條件，調整膜層的成分、厚度和膜層過渡層，從而降低膜層的內應力，充分發揮TiN的高硬度、CrN的低摩擦力的優點，且TiN/CrN復合膜涂層在生產過程中無廢水廢氣，對環境無污染，環境效益高。
文檔編號C23C14/06GK102392223SQ201110348558
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年11月7日
發明者張馨元, 楊鴻 , 蒙志林, 趙廣彬 申請人:西華大學