[发明专利]一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具及制作方法

权利要求书

1.一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具，包括无磁模具钢基体，其特征在于在基体表面镀有纳米结构的Cr基氮化物镀层，镀层沿基体表面垂直方向自里向外依次为Cr界面层、CrN过渡层、Cr-TiN/AlN-N调幅结构层；所述Cr-TiN/AlN-N调幅结构层，由CrN层、TiN层、CrN层、AlN层依次规则排列形成的循环层反复循环构成；以上CrN过渡层中，氮元素与铬元素的比例为0～4.3∶1；Cr-TiN/AlN-N调幅结构层中，CrN中氮元素与铬元素的比例为4～4.3∶1，TiN中钛元素与氮元素之间的比例为0.15～0.2∶1、AlN中铝元素与氮元素之间的比例为0.2～0.25∶1。

2.根据权利要求1所述的一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具，其特征在于所述的Cr界面层厚度为0.2-0.4μm；所述的CrN过渡层厚度为0.8～3μm；所述Cr-TiN/AlN-N调幅结构层中交替排列的每个循环厚度为小于50nm；Cr-TiN/AlN-N调幅结构层的总厚度为1.5～5.0μm。

3.根据权利要求2所述的一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具，其特征在于所述的Cr-TiN/AlN-N调幅结构层中的每个循环层中的CrN层或TiN层或AlN层的厚度为5～15nm。

4.一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具的制作方法，依照下列步骤进行：

1)用常规金属加工方法制作模具基体，使其几何形状符合要求；

2)采用闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀设备，将被镀基体放置于该设备真空腔内可旋转的工件架上，基体周围分别布置Cr金属靶、Ti金属靶和Al金属靶，磁控靶为一对Cr矩形靶和Ti、Al矩形靶各一个；溅射靶由直流磁控溅射电源提供恒定电流或恒定功率，被镀基体和溅射靶之间施加直流脉冲负偏压；

3)镀膜之前首先对基体表面用等离子体进行轰击清洗；沉积Cr界面层时仅通入氩气，沉积CrN梯度过渡层和Cr-TiN/AlN-N调幅结构层时同时通入氩气和氮气，氮气的流量用置于Cr靶近表面的光发射谱装置进行闭环控制，以精确调变镀层的成分。

5.根据权利要求4所述的一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具的制作方法，其特征在于所述方法中Cr、Ti和Al靶电流的输入功率均为0～3kW可调，以用于调节镀层中的各元素的含量。

6.根据权利要求5所述的一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具的制作方法，其特征在于所述方法中在沉积CrN过渡层和Cr-TiN/AlN-N调幅结构层时通入的氩气流量为10sccm。

7.根据权利要求5所述的一种高硬度高耐磨性磁性材料粉末成型模具的制作方法，其特征在于所述方法中基体直流脉冲偏压为0～500V可调，以获得不同力学和摩擦学性能的镀层。