[实用新型]一种用于工模具的多层复合硬质膜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于工模具的多层复合硬质膜。

背景技术

随着我国迈向制造业強国的进程，对机械加工所用的刀具、工具、模具的性能和寿命要求越来越高，除了工模具的基材不断改进外，一个重要的研发方向是开发用于工模具的先进保护涂层，即在工模具表面上采用物理气相沉积或化学气相沉积的方法，沉积耐磨、耐蚀、耐高温、减摩的硬质薄膜，保护工模具的表面減少磨损和烧蚀、延长服役寿命并提高其加工精度和光洁度。

经过近三十多年来的努力，开发出一系列的工模具用保护涂层，特别是物理气相沉积涂层，主要是过渡族金属的氮化物、碳化物、碳氮化物，有二元的、三元的、四元的，如TiN、TiC、ZrN、CrN、CrC、TiCN、TiAlN、CrAlN、TiAlCN、、CrAlCN、TiAlSiN以及类金刚石碳(DLC)膜等，近几年还开发出多层结构膜、纳米晶膜、纳米多层膜等高性能先进膜系。如此多种硬质膜的出现，反映了所加工各种产品的材料对工模具有不同的性能要求，必须研发多种特性的涂层才能滿足加工的需求，另一方面也反映了镀膜技术、镀膜材料、镀膜工艺的不断进步，有可能制备出越來越先进的镀层。随着加工材料的多样化，其所用的工模具的涂层也细分了。

在实践中发现，单一镀层工模具用于加工不同材料工件时总存在各种各样不足：有的硬度不够高、耐磨性较低，有的硬度高、耐磨性较好但韧性较低、耐冲击较差，有的硬度和韧性兼顾但耐热性抗氧化性较低等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种用于工模具的多层复合硬质膜，其综合性能好、适用性強、高硬度、耐磨损又具良好韧性、耐冲击、耐热、抗氧化性好。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于工模具的多层复合硬质膜，其特征是：所述的多层复合硬质膜镀在工模具7的表面上，从里到外覆盖有第一Cr膜层1、第一CrAlTiN膜层2、第二Cr膜层3、AlTiN膜4、第三Cr膜层5和第二CrAlTiN膜层6。

所述CrAlTiN膜的厚度约为1um。

所述AlTiN膜的厚度约为2um。

所述Cr膜层的厚度约为0.3um。

选用AlTiN和AlTiCrN膜层作复合膜层，基于它们具有优良的性能。表1列出了它们的相关特性。如下表1为AlTiN和AlTiCrN膜层性能：

表1AlTiN和AlTiCrN膜层性能

采用高Al的AlTiN作为主膜层的中间层，是利用其高硬度高抗氧性特点作为强有力的支撑层。众所周知，AlTiN晶体薄膜中，Al原子置换TiN中的一部分Ti原子后使晶格发生畸变。晶格畸变度大的涂层，一方面晶界增多，另一方面位错多且不易滑动，从而导致涂层硬度的提高。Al元素能大大降低TiN涂层在高速切削时的氧化磨损，当刀具和工件接触区温度超过约749℃时，涂层的外表面转化为氧化铝，可以阻止进一步氧化，起到保护刀具的作用，从而延长刀具的使用寿命。

CrAlTiN是在AlTiN之后研发出来的新膜系，它保持AlTiN高硬度高耐磨损高抗氧化性优点，Cr的加入提高了膜层的韧性和抗冲击性能，还提高了抗氧化性和降低了摩擦系数。利用CrAlTiN作顶层，以其高硬度耐磨损和高韧性结合优势，直接与工件接触，能承受猛烈的冲击，以更強的耐热性能保护膜层不被氧化；通过中间AlTiN強有力的支撑后，由底层的CrAlTiN进一步吸收和缓解高速切削时产生的冲击力和高温。这样的复合膜层的结构合理，特点互补。

在多层结构的各界面均用具有良好的结合力和热稳定性的Cr来作中间“黏合层”，以提高膜系与基体和各膜层之间的结合力。

利用高硬度高耐热高抗氧化性的AlTiN作为膜系的中间支撑层，可提高膜系的硬度和耐磨损能力；利用具有高硬度高韧性高抗氧化性和低摩擦系数的CrAlTiN作为膜系的顶层和底层，既耐磨耐热又能吸收膜系受到的冲击力，三层主结构充分发挥各膜层自身优点，这种多层复合结构膜层具有综合性能好适用性強的特性。本实用新型多层复合膜层可适用于：硬质合金柄状刀具(铣刀，钻头)、硬质合金刀片、高速钢刀具(钻头、铣刀、齿轮刀具、拉刀等)、冲剪模具、成型模具、压铸模具、塑胶模具等，适用范围广。

与现有技术相比，本实用新型工具有如下优点：