[发明专利]一种工模具材料表面的TiN双层镀层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种切削刃具和成型模具材料表面的TiN双层镀层及其制备方法。

背景技术

在机械制造业中，目前大部分机械零件的加工方法是切削加工和模具成型，高速钢和硬质合金是当今世界使用最多的刀具模具材料之一。目前工模具正向多种类、高性能、高精度的方向发展,加工成本也在不断上涨,采用适当的方法延长工模具的使用寿命、降低成本、节约资源,已经是摆在工模具行业面前的一个重要问题。

在工模具表面涂覆硬质薄膜，基体保持了良好的韧性和较高的强度，硬质薄膜又具有高耐磨性和低摩擦系数，可以提高加工效率和精度，延长工模具使用寿命，即保证被加工工件的质量，同时也降低加工成本。TiN薄膜具有硬度高、摩擦系数低及抗腐蚀性能强等优点，可显著提高工模具的使用寿命及工作性能，满足现代制造业的高要求，广泛用于切削刃具和模具表面改性。基体材料和硬质薄膜的结合力可显著影响涂层工模具耐磨性能及使用使命。

目前，当涂层涂镀效果不佳，或膜层有损伤时，生产上很多情况下采用配制“化学去除液”去除镀层，但这种方法避免不了会伤害到基体，影响重新镀膜后的效果。涂层刃具和模具经反复使用之后也会存在不同程度的磨损和刮伤，若因局部表面失效而弃之，将会造成极大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种表面质量好，加工质量高、抗磨损性能好、使用寿命长、薄膜与基体材料之间结合力大的TiN双层镀层，也适用于涂层效果不佳，膜层有损伤或者经过一定使用程度后的涂层刃具和涂层模具及其修复。

本发明的另一个目的在于提供一种上述TiN双层镀层的制备方法，即首先在基体上镀覆膜基结合力好但表面粗糙度大的过渡层，过渡层经机械研磨后镀覆平整镀层以提高复合镀层的力学性能和表面质量。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种工模具材料表面的TiN双层镀层的制备方法，包括下述步骤：

（1）将工模具材料表面的离子镀TiN层进行机械研磨后再进行清洗；

（2）利用磁过滤离子镀装置镀覆TiN层，得到TiN双层镀层。

所述离子镀TiN层的镀覆条件为抽真空至6.5×10^-3Pa或以上，温度控制在200～230℃，加偏压-100～-200V，占空比为20%；靶源电流60～90A，电压18～25V；氮气流量70～100SCCM，镀膜时间为30～60min。

所述磁过滤离子镀TiN层的镀覆条件为样品正对着磁过滤器口，抽真空至6.5×10^-3Pa或以上，基体材料温度控制在200～230℃，氮气流量90～110SCCM，靶电流为60～90A，电压18～25V，偏压-100～-200V，磁过滤电流3.5～4.5A，镀膜时间为90～120min。

所述清洗为先进行表面清洗，然后进行离子清洗。

所述表面清洗是将工模具材料在丙酮和酒精中用超声波依次清洗15min，然后烘干。

所述离子清洗是将工模具材料装入多弧离子镀膜机中，抽真空至6.5×10^-3Pa或以上，温度控制在200～230℃，加偏压-600～-800V，占空比为40%；启动单弧靶源，电流60～90A，电压18～25V；用高纯氩轰击刀具材料表面进行清洗，清洗时间为5～15min。

所述机械研磨是用1000#、1200#、1500#金相水磨砂纸依次进行研磨。

所述工模具材料为高速钢和硬质合金材料。

上述方法制备的TiN双层镀层是在工模具材料表面依次镀有离子镀Ti/TiN层、磁过滤离子镀TiN层，所述离子镀Ti/TiN层经过机械研磨。

所述离子镀Ti/TiN层厚度为1.0～2.0μm；磁过滤离子镀TiN层厚度为1.0～2.0μm。

一种工模具材料表面的TiN双层镀层，分为以下两种，一种是在工模具基体材料的表面上先镀覆一层微米级TiN薄膜，经过机械研磨后再镀覆一层纳米级TiN薄膜；其中微米级TiN颗粒尺寸为500～1000nm，薄膜厚度为1～2μm；纳米级TiN颗粒尺寸为40～100nm，薄膜厚度为1～2μm，双层膜的总厚度为2～4μm。另一种是在涂层刃具和涂层模具的膜层有损伤或者经过一定使用程度后有损伤时对其进行修复，该修复是在上述涂层刃具和模具的基体未受到严重损伤的情况下进行的。