[发明专利]一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法

说明书

本发明涉及模具涂层领域，具体涉及一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法，所述涂层由内到外分别为基础层、复合过渡层、多层循环纳米层；其中基础层为AlCrN、复合过渡层为TiSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为TiSiAlCrCN/TiSiAlCrCON交替层。由于基础层为AlCrN、复合层AlCrN/TiSiN，不需刻意通过改变偏压、气压等参数，AlCrN与AlCrN/TiSiN层材料属性就自然形成了硬度梯度；同时涂层中的Al、Cr、Si等的存在一方面优化了模具表面的表面能，另一方面从基底层就有效的改善涂层的红硬性。

技术领域

本发明涉及模具涂层制备技术领域，具体涉及一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法。

背景技术

压铸铝模具是铝合金成型加工中的一种重要工具，其在金属低速或高速液流入型腔时，可施加一定的压力实现铝合金铸造过程中的锻压。压铸模具造价高昂，可实现大批次大数量的产品成型。

铝合金压铸过程中，模具一方面反复冷热交替，模具表面及内部受反复循环的热应力，产生微裂纹。同时铝合金压铸过程中，铝合金与模具表面材料易亲和，出现粘料、脱模困难。

在不改变模具材料的前提下，为提高压铸铝模具的使用寿命，表面处理是其主要的技术手段。其中传统的渗氮、渗金属、熔覆等工艺虽然能实现压铸模具的表面强化，但渗氮对硬度的提升效果不大；而渗金属需要较高温度容易造成模具变形；而熔覆适用于形状较为简单的模具表面，对多孔等模具很难得到应用。

PVD是现阶段对压铸铝模具进行表面处理的较为优势的一种技术手段，其一方面通过沉积涂层可以提升模具表面硬度，另一方面其加工温度较低，并不能对模具产生变形。现有技术发现，对于压铸铝模具来说，提升模具寿命的主要技术原理是；提高模具表面硬度、降低模具表面的表面能、提升模具表面的抗高温氧化性。模具表面硬度的提高，可有效保护模具表面，防止液态铝的侵蚀，提升热开裂的抗力；降低模具表面的表面能，可以使得液态铝与模具之间的粘合力降低，便于脱模；而模具表面的抗高温氧化性越好，其表面结构越稳定，使用寿命越长。

目前，常规的PVD制备的压铸铝模具涂层主要包括纯金属、单元氮化物、单元与多元氮化物复合支撑层、多元氮化物与氮氧化物的复合增硬层以及抗粘层，由于传统磁控溅射或电弧离子镀离子能量低，因此采用多梯度、渐进式的涂层沉积来实现由软到硬的过渡沉积的方式，随后进行功能层（高硬、抗粘、耐腐蚀）的沉积；但是，这种技术不仅沉积过程繁琐，而且磁控过程中离子能量低，形成的涂层反应不充分以及电弧离子镀中存在大量大颗粒，导致涂层表面不够均匀，影响模具压铸形成的成品的质量，且影响模具使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法。

本发明所采取的技术方案如下：一种压铸铝模具表面的纳米复合多元碳氧化物涂层的制备方法，所述涂层由内到外分别为基础层、复合过渡层、多层循环纳米层；其中基础层为AlCrN、复合过渡层为TiSiN/AlCrN复合层、多层循环纳米层为TiSiAlCrCN/TiSiAlCrCON交替层；

所述制备方法于脉冲弧源真空镀膜设备中进行，其配置有脉冲弧源和离子清洗装置，所述脉冲弧源包括至少一列的金属AlCr靶和两列TiSi靶，所述脉冲弧源具有至少一组脉冲弧源为相向设置的AlCr靶和TiSi靶，相向设置的AlCr靶和TiSi靶分别位于待镀模具的两侧，所述脉冲弧源具有至少一组脉冲弧源为相邻设置的AlCr靶和TiSi靶；

所述制备方法包括以下步骤：

1） 将待镀模具放入真空镀膜装置中，进行预热；

2）采用离子清洗源对模具表面进行等离子清洗；

3）通入氮气，开启至少一列的AlCr靶，沉积AlCrN层；

4）通入氮气，同时开启一组相向设置的TiSi靶及AlCr靶，沉积AlCrN/TiSiN复合层；