[发明专利]一种用于叶片辊轧模具的纳米多层结构薄膜及其制备方法

说明书

一种用于叶片辊轧模具的纳米多层结构薄膜及其制备方法，属于表面处理技术及模具表面强化技术领域。该纳米多层结构薄膜包括金属TiAl底层、TiAlN过渡层、TiAlN/CrTiAlN纳米多层涂层、CrTiAlN表面涂覆层。其方法为：抛光后超声清洗，进行真空气相沉积，真空度8×10^‑3Pa，温度为250‑350℃，依次沉积金属TiAl底层，TiAlN过渡层，交替沉积保持严格调制周期的TiAlN/CrTiAlN纳米多层涂层和CrTiAlN表面涂覆层。制备出的具有合适的调制周期和调制比的多层涂层，应用在高速钢上制备耐磨和耐高温的硬质涂层上，可明显提高模具的耐磨损性能，与未涂层强化模具比较使用寿命提高20倍以上。

技术领域

本发明涉及表面处理技术及模具表面强化技术领域，具体涉及一种用于叶片辊轧模具的纳米多层结构薄膜及其制备方法。

背景技术

随着现代机械加工的迅速发展，各种机械零部件的加工模具也引起了广泛的研究，尤其是应用于航空叶片的加工模具使用条件更为苛刻。选择合适的方式提高该类的摩擦磨损和耐高温性能，从而提高它们的使用寿命是人们一直在研究的问题。应用最早且最为广泛的刀具涂层是TiN，该涂层的使用大大延长了高速钢刀具的寿命，减少了更换刀具的次数和时间，提高了切削速度。但是TiN涂层的抗氧化性和耐热性不足，空气中600℃以上就会出现龟裂剥落。

随着现代机械加工对涂层硬度、抗氧化性、摩擦磨损性能以及与基材的结合力等综合物理机械性能要求的不断提高，TiAlN涂层的综合性能还有待提高。仅仅多元复合带来的某些性能的提高已经不足以满足工业制造对航空叶片材料加工精度和效率的更高要求了，特别是在高速和重载的条件下，这是个亟待解决的问题。纳米技术在涂层中的应用与发展，结合多元化对涂层性能的提高与改善，特别是以TiAlN为基的纳米多元复合超硬涂层已经成为了研究热点，已经在刀具、模具、汽车、军工和航空航天等各个领域上都表现出了很大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供了一种用于叶片辊轧模具的纳米多层结构薄膜及其制备方法，该制备方法为采用工业多弧离子镀设备，利用真空气相沉积技术，在叶片辊轧模具上沉积纳米多层涂层，从而强化模具，提高使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种用于叶片辊轧模具的纳米多层结构薄膜，包括金属TiAl底层、TiAlN过渡层、TiAlN和CrTiAlN交替设置的TiAlN/CrTiAlN纳米多层涂层、CrTiAlN表面涂覆层。

所述的用于叶片辊轧模具的纳米多层结构薄膜的总厚度为5-6μm，金属TiAl底层的厚度为0.3-0.6μm、TiAlN过渡层的厚度为0.6-0.8μm、TiAlN/CrTiAlN纳米多层涂层的总厚度为3-4μm，其中，每一层中TiAlN纳米涂层的厚度为250-300nm，CrTiAlN纳米涂层的厚度为TiAlN纳米涂层的厚度的3倍，CrTiAlN表面涂覆层的厚度为0.8-1.2μm。

本发明的一种用于叶片辊轧模具的纳米多层结构薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：

将抛光后的叶片辊轧模具进行超声清洗，放置于工业多弧离子镀设备的真空腔内，并固定的转架上；

步骤2：

辉光清洗后，设置真空气相沉积的真空度8×10^-3Pa，真空腔温度为250-350℃；

步骤3：

采用真空气相沉积，在叶片辊轧模具沉积4-6min的金属TiAl底层，得到沉积底层后的叶片辊轧模具；

步骤4：

在沉积底层后的叶片辊轧模具上，沉积8-12min的TiAlN过渡层，得到沉积过渡层的叶片辊轧模具；