[发明专利]一种自润滑防粘铝复合涂层、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及表面涂层技术领域，具体涉及一种自润滑防粘铝复合涂层、制备方法及其应用，这种自润滑防粘铝复合涂层，模具基体到表面依次包括离子渗氮层、CrN打底层、CrVN中间层、CrVCN工作层，所述模具基体为热作模具钢，述离子渗氮层的厚度为50～100μm，组织结构主要包含面向立方结构γ‑Fe₄N硬质相，CrN打底层的厚度为0.5～1μm，CrVN中间层的厚度为2～3μm，组织结构为粗大柱状晶，CrVCN工作层的厚度为2～5μm，由细小的纳米晶镶嵌在非晶基体中构成纳米复合结构；这种自润滑防粘铝复合涂层的制备方法，提升复合涂层的抗粘铝性能，解决如何实现多元复合涂层的自润滑以及抗粘铝性能的问题。

技术领域

本发明涉及表面涂层技术领域，具体涉及一种自润滑防粘铝复合涂层、制备方法及其应用。

背景技术

铝合金因具有比强度高、耐腐蚀和良好的加工成形性等优点成为新能源汽车轻量化实施和发展的重要材料。然而铝合金挤压成形过程中，由于高温、高压以及金属基体连续塑性变形的特点，模具与铝合金容易发生严重的粘结现象，在模具表面形成粘铝层，模具与铝合金材料之间的摩擦力加大，其表面的颗粒或磨屑将发生脱落，并在载荷作用下与模具和铝合金材料形成磨粒磨损，磨粒磨损的产生将进一步增大模具的表面粗糙度，反过来又将加剧模具和铝合金材料的粘着磨损，导致模具表面损伤，大大缩短使用寿命，降低成形精度和质量。

表面强化是改善模具性能，延长使用寿命最有效的方法。传统的氮化处理在模具表面产生压应力，有利于改善模具的抗疲劳性能，但氮化层受工艺条件的限制常常因脆性大而发生剥离。物理气相沉积(PVD)硬质涂层因具有高硬度和耐磨损性能，被广泛应用到铝合金挤压模具，目前常采用等离子渗镀(等离子渗氮复合PVD涂层)工艺，进一步提高涂层与基体的结合强度。CrN基涂层具有良好的抗粘附性，但较高的摩擦系数难以满足要求。涂层中添加适量的Magneli相形成元素(V、Mo、W)，可以在高温摩擦过程原位生成低剪切强度的层状结构氧化膜，进而使得涂层具有优异的高温减摩性能和自润滑特性。然而，Magneli相形成元素在高温状态下容易快速扩散和氧化导致涂层失效，多元复合涂层的抗粘铝性能尚存在许多技术难题。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决如何实现多元复合涂层的自润滑以及抗粘铝性能的问题，提供了一种自润滑防粘铝复合涂层、制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明公开了一种自润滑防粘铝复合涂层，模具基体到表面依次包括离子渗氮层、CrN打底层、CrVN中间层、CrVCN工作层，所述模具基体为热作模具钢，述离子渗氮层的厚度为50～100μm，组织结构主要包含面向立方结构γ-Fe₄N硬质相，CrN打底层的厚度为0.5～1μm，CrVN中间层的厚度为2～3μm，组织结构为粗大柱状晶，CrVCN工作层的厚度为2～5μm，由细小的纳米晶镶嵌在非晶基体中构成纳米复合结构。

所述CrVN中间层中V原子百分比为8～10％，Cr原子百分比为45～55％。

所述CrVCN工作层中V原子百分比为2～6％，Cr原子百分比为10～30％，C原子百分比为30～70％。

本发明还公开了一种自润滑防粘铝复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1：等离子渗氮：将研磨抛光后的热作模具钢基体放入等离子体渗氮炉中进行渗氮处理，然后将渗氮模具进行机械抛光处理，去除白亮层；

S2：离子刻蚀清洗：通入Ar气，开启离子源，设置基体偏压，进行氩离子刻蚀清洗；

S3：打底层制备：通入N₂气，开启Cr靶，控制偏压、气压，制备CrN打底层；

S4：中间层制备：开启Cr靶和CrV合金靶，在打底层上制备CrVN中间层；