[发明专利]一种纳米复合材料、铝合金压铸模具表面强化用纳米复合涂层及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种纳米复合材料、铝合金压铸模具表面强化用纳米复合涂层及其应用。

背景技术

金属压铸是在高压作用下，将液态或半液态金属以极高的速度填充模具型腔，并在压力作用下使之凝固获得压铸件的方法。压铸是一种高效率、少切削或无切削金属成型工艺，常用压铸成型的材料有铝、锌、镁等。其中，铝合金压铸件产品最多，占80％以上。国内外统计数据表明，铝合金压铸模具主要失效形式比例：热疲劳龟裂60％～70％；崩块和断裂15％～25％；塑性变形15％～20％；熔损和冲蚀5％～10％以及压铸件不易脱模与外观质量差等。与国外相比，国内铝合金压铸模使用寿命仅为国外工业发达国家的1/2。由此可见，提高铝合金压铸模具的使用寿命已成为生产上亟待解决的关键问题。

铝合金压铸模具在工作过程中反复与炽热金属接触，因此要求铝合金压铸模具有较高的耐热疲劳、导热性耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、硬性、良好的脱模性等。因此，对铝合金压铸模具的表面处理技术要求较高。近年来，各种铝合金压铸模具表面处理新技术不断涌现，但总的来说可以分为以下三个大类:(1)传统热处理工艺的改进技术；(2)表面改性技术，包括表面热扩渗处理、表面相变强化、电火花强化技术等；(3)涂镀技术，包括化学镀等。鉴于表面处理是提高压铸模具寿命的重要手段之一，因此要提高我国压铸模具生产整体水平，表面处理技术将起着举足轻重的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米复合材料、铝合金压铸模具表面强化用纳米复合涂层及其应用，该纳米复合材料。

本发明提供了一种纳米复合材料，包括氮化钛纳米晶粒；

及包裹所述氮化钛纳米晶粒的包裹层；

所述包裹层包括非晶氮化硅和非晶镍，所述非晶镍为金属游离态且均匀弥散分布在所述非晶氮化硅中。

优选地，所述氮化钛纳米晶粒的粒度为7～12nm。

优选地，所述纳米复合材料中镍元素的原子数百分含量为2～6.5％；硅元素的原子数百分含量为10.0～15.5％；氮元素的原子数百分含量为48～52％；其余为钛元素。

本发明提供了一种纳米复合涂层，包括依次接触的结合层、过渡层和功能层；所述功能层的材料为上述技术方案所述的纳米复合材料。

优选地，所述功能层的厚度为5～15μm；所述过渡层的厚度为0.1～0.3μm；所述结合层的厚度为0.05～0.3μm。

优选地，所述结合层的材料为过渡族金属；所述过渡层的材料为金属氮化物。

本发明提供了一种上述技术方案所述纳米复合涂层的沉积工艺，包括以下步骤：

将待镀工件采用磁控溅射依次沉积结合层和过渡层，得到结合层-过渡层附着的工件；

将所述结合层-过渡层附着的工件的结合层上磁控共溅射钛镍合金靶材、钛靶材及氮化硅靶材，得到纳米复合涂层附着的工件。

优选地，所述钛靶材磁控溅射的功率小于8W/cm²。

优选地，所述将待镀工件采用磁控溅射依次沉积结合层和过渡层，得到结合层-过渡层附着的工件具体包括：

将待镀工件置于真空腔室中，加热，然后通入氩气，同时对待镀工件等离子体辉光清洗，得到预处理待镀工件；

将所述预处理待镀工件磁控溅射沉积结合层，再采用磁控溅射方法在反应气相沉积条件下，沉积过渡层，得到结合层-过渡层附着的工件。

优选地，所述磁控共溅射时真空度为0.1～0.8Pa；温度为400～450℃。

本发明提供了一种纳米复合材料，包括氮化钛纳米晶粒；及包裹所述氮化钛纳米晶粒的包裹层；所述包裹层包括非晶氮化硅和非晶镍，所述非晶镍为金属游离态且均匀弥散分布在所述非晶氮化硅中。将结合层、过渡层与本发明提供的纳米复合材料制备的功能层复合得到的纳米复合涂层处于压应力状态，可以有效防止压铸模具表面热疲劳裂纹产生；纳米复合涂层不含有铝元素，可以有效防止液态或半液态铝与压铸模具表面的粘连；纳米复合涂层具有较高硬度、韧性和热稳定性，可以有效满足压铸模具表面对耐磨性、耐腐蚀性和耐冲蚀性要求。实验结果表明：纳米复合涂层的硬度为28～33GPa，韧性为1.2～1.4MPa·m^1/2，涂层热稳定性高于850℃，厚度为5～15μm，上述综合性能可以有效满足压铸模具表面对耐磨性、耐腐蚀性和耐冲蚀性要求。

附图说明

图1为本发明提供的纳米复合涂层的显微结构示意图；