[发明专利]一种高温模具上高寿命复合涂层的沉积方法

说明书

本发明公开了一种高温模具上高寿命复合涂层的沉积方法，包括如下步骤：首先对高温模具的工作表面进行预处理工序；然后激光喷丸强化在高温模具的模具基体上形成残余压应力层，最后对高温模具的工作表面二次处理，通过真空镀膜方法在模具基体上沉积复合涂层，本发明在镀膜前采用激光喷丸强化在高温模具基材表面引入残余压应力，有效地提高了界面的结合强度，抑制了热疲劳裂纹的产生，延长了涂层模具的使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属材料表面涂层领域，具体为一种高温模具上高寿命复合涂层的沉积方法。

背景技术

高温模具钢主要用于制造各种金属及合金材料的热加工中所用模具，工作环境温度较高，往往受到因加热、冷却而产生的反复拉、压应力以及金属(液)流动而产生的磨损和腐蚀，常见的失效形式有：早期脆裂、热疲劳、破裂、冲刷腐蚀、过热与疲劳断裂等。高温模具价格较高，一旦失效将造成重大损失，影响生产效率，因此装备制造业对高温模具的性能及使用寿命提出了越来越高的要求。虽然通过优化热处理可提高模具的性能和使用寿命，但效果比较有限。模具失效往往先从模具表面开始，因此，采用表面改性技术改善模具表面组织，提高模具表面性能，可延长模具使用寿命，且有利于显著降低生产成本，获得良好的经济效益。

近年来，高温模具的各类表面处理技术不断发展，譬如以传统金属热处理工艺为手段的表面处理技术；包括表面热扩渗处理、表面相变强化等技术的表面改性技术；以气相沉积为主的表面涂镀技术。其中，涂镀技术类里的物理气相沉积技术在金属材料表面制造硬质涂层是近年来研究的热点，电弧离子镀这种方法在工业上的应用较为成熟。Ti系列涂层(如AlTiN)和Cr系列涂层(如AlCrN)是模具中最常用的两类涂层，可以大幅提高模具的使用寿命，越来越受到重视。但在大规模生产中对进一步提升高温模具的使用寿命方面，尚存在许多技术难题，主要包括高温涂层模具产品对硬度、耐磨性、抗热疲劳等性能提出了更高端的要求，需要提出与之匹配的技术手段与制备方法。

现有技术中，采用电弧离子镀制备模具涂层的过程中，硬质涂层与基体材料之间产生较大的温度梯度，温度梯度会造成热膨胀速率和收缩速率不一致，涂层材料发生了塑性和蠕动变形，产生残余拉应力。一般高温涂层模具产品在工作过程中的受力情况较为复杂，承受交变载荷的复合作用，如果涂层材料存在残余拉应力，在高温及外界载荷的诱导下易产生裂纹，成为疲劳失效的诱因，降低模具的力学性能和使用寿命。虽然大量的研究表明，硬质涂层的结构设计和制备工艺可以在一定程度上改善涂层的高温性能，但确实无法彻底消除涂层与基体之间，温度梯度及不同材料热膨胀系数差异所引起的残余拉应力带来的不利影响。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种高温模具上高寿命复合涂层的沉积方法，本发明在镀膜前采用喷丸强化在高温模具基材表面引入残余压应力，有效地提高了界面的结合强度，延长了涂层模具的使用寿命，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高温模具上高寿命复合涂层的沉积方法，包括如下步骤：

S100、对高温模具的工作表面进行预处理工序；

S200、激光喷丸强化在高温模具的模具基体上形成残余压应力层；

S300、对高温模具的工作表面二次处理，通过真空镀膜方法在模具基体上沉积复合涂层。

优选地，在步骤100中，所述预处理工序包括：

对高温模具的工作表面进行粗打磨和抛光；

对打磨抛光后的高温模具进行清洗并烘干，烘干后待用。

优选地，在步骤200中，所述激光喷丸强化的方法是：