[发明专利]一种冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层及其制备方法和性能测试方法

权利要求书

1.一种冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层，其特征在于采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备，在冷作模具钢基体上依次镀膜Cr粘结层、CrN过渡层及CrMoAlN四元涂层。

2.一种根据权利要求1所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将干燥后的冷作模具钢基体置于镀膜机真空室内试样台的样品架上，使用大偏压和低靶电流对冷作模具钢基体进行预溅射，所述真空室为圆柱型结构，内设置两个Cr靶、一个Al靶和一个Cr靶，两个Cr靶相对放置，Al靶和Cr靶相对放置；

2）调节基体偏压至-100V，开启Cr靶并将靶电流设置为4A，沉积金属Cr粘结层，沉积时间为320-380s，Cr靶为两个，且相对设置在真空室的两边；

3）调整基体偏压至-80V，通过质量流量阀引入反应气体氮气，开始沉积CrN过渡层，沉积时间为450-550s；

4）开启Al靶和Mo靶，并设定Al靶和Mo靶的靶电流，将电流逐步增加至设定值，此时四个靶全部处于开启状态，开始沉积CrMoAlN四元涂层，沉积时间7200s。

3.根据权利要求2所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的制备方法，其特征在于步骤1）中预溅射过程为:将镀膜室抽真空后通入氩气，将试样台转速设为3-5rpm，基体偏压为-450V，靶电流设为0.3A，对冷作模具钢基体表面进行Ar⁺等离子体清洗，清洗时间为20-40min。

4.根据权利要求3所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的制备方法，其特征在于步骤1）中真空度为2.0×10^-6Torr，氩气流量为25sccm，清洗时间为30min。

5.根据权利要求2所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的制备方法，其特征在于步骤2）中沉积时间为360s，步骤3）中沉积时间为500s。

6.根据权利要求2所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的制备方法，其特征在于步骤4）中Al靶电流为6A，Mo靶的电流分别为0.5A、2A和4A，得到三种不同Mo含量的CrMoAlN涂层。

7.根据权利要求2所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的制备方法，其特征在于所述氮气为反应气体，氩气为工作气体，纯度均为99.999%。

8.一种根据权利要求1所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的测试方法，其特征在于CrMoAlN涂层形貌和组织、成分测试方法如下：用∑IGMA型场发射扫描电子显微镜来观察涂层表面及横截面形貌，其中断口的观察需要将镀膜后的试样进行特殊处理，其试样制备方法为，将试样用线切割的方法从未镀膜的表面切到镀膜的表面，不能切断，然后将试样用丙酮超声波清洗干净并且干燥后放入液氮中淬冷掰断，最后放入电镜下观察断面形貌。

9.一种根据权利要求1所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的测试方法，其特征在于用X’PertPRO型X射线衍射仪并结合X射线光电子能谱分析涂层由主要由(Cr,Al,Mo)N，Cr₂N，Mo₂N组成；采用EDS面扫描分析涂层中的元素含量，用探针轮廓仪测得的三种涂层的表面粗糙度分别为8.42nm,13.73nm和10.24nm。

10.一种根据权利要求1所述的冷作模具钢基体上的CrMoAlN涂层的测试方法，其特征在于CrMoAlN涂层抗摩擦磨损性能测试如下：

采用HT-600型高温摩擦磨损试验机，在空气相对湿度为45-55%，无润滑剂的条件下将高温炉内的试样温度加热到设定值，通过加载机构加上试验所需载荷，驱动样品盘上的试块转动，使其与对偶面进行滑动摩擦，实验所加载荷为10N，转速为500r/min，实验温度分别为RT、100℃、200℃和300℃，其摩擦对偶件材料是硬度约为90HRA的钨钢球，其直径为4mm。