[发明专利]一种模具用表面渗镀复合涂层工艺

摘要

本发明涉及一种模具用表面渗镀复合涂层工艺，该工艺将经过离子渗氮工艺处理过的模具进行抛光、清洗处理后进行装夹，放入多弧离子镀膜设备内进行涂层工艺处理，采用等离子氮化和CrN+Al涂层相结合同时将两种处理工艺的效果优化至最佳，具有工艺温度低，加工效率高，模具变形小，能源消耗低的特点；所得模具复合涂层具有使用性能高，较高的硬度、韧性和耐磨性，优异的抗高温氧化性的特点，可有效降低模具表面摩擦系数，延长模具使用寿命，降低生产成本，提高产品竞争力，适用于对耐磨性要求高、可以承受较大冲击载荷的冷作模具钢，尤其适用于汽车领域的冲孔模、冲压模、冷镦模和冷挤压模等模具的处理，适宜进一步推广应用。

主权项

1.一种模具用表面渗镀复合涂层工艺，其特征在于，该工艺包括如下过程：将经过离子渗氮工艺处理过的模具进行抛光、清洗处理后进行装夹，放入多弧离子镀膜设备内进行涂层工艺处理，所述涂层工艺处理包括如下过程：以矩形Cr靶作为底层和过渡层的Cr来源，通过矩形靶电弧电源的电流控制矩形Cr靶的溅射率；以矩形TiAl靶作为制备TiAl涂层的Ti、Al元素来源，Ti、Al元素的原子成分比例为Ti：Al＝(25‑35)：(65‑75)；采用高纯氩气作为溅射气体，用来作沉积前的溅射清洗；采用高纯氮气作为反应气体，使其离化并与Cr、Al、Ti元素结合，在模具渗氮层表面沉积形成复合的AlTiCrN涂层，形成具有抗氧化性能、耐磨性、抗疲劳性的涂层，该涂层命名为CrN+Al涂层；所述离子渗氮工艺处理包括如下过程：将预处理后清洗干净的模具放入离子渗氮炉中，使模具依次经历启动、抽真空、加热工序、渗氮处理、冷却和结束步骤；抽至真空条件为10Pa后启动加热，加热工序是采用脉冲电压离子放电产生辉光，加热至400‑520℃，渗氮处理中通入N2和H2并调整比例在2:7–2:3之间，调整渗氮炉内气压为150Pa，开始进行渗氮处理，渗氮保温时间为12‑30h，渗氮完成后自动降温至150℃以下出炉；所述加热工序包括三个阶段，第一阶段为：室温加热至150℃，炉内压力70Pa，电压400V，电流60A，脉冲时间30μs，脉冲中断时间100μs，H2流量为0.3L/min；第二阶段为：加热至300℃，炉内压力100Pa，电压430V，电流60A，脉冲时间40μs，脉冲中断时间100μs，N2流量为0.05L/min，H2流量为0.45L/min；第三阶段为：加热至430℃，炉内压力150Pa，电压450V，电流60A，脉冲时间50μs，脉冲中断时间70μs，N2流量为0.10L/min，H2流量为0.70L/min；所述渗氮处理中炉内温度保持在430℃，炉内压力150Pa，电压450‑500V，电流60A，脉冲时间50μs，脉冲中断时间70μs，N2流量为0.20‑0.40L/min，H2流量为0.70‑0.90L/min；所述的涂层工艺包括以下步骤：(1)将工件载入离子镀膜设备中，开启抽真空泵使真空室内压力小于10‑3mbar，通过炉内加热管进行加热，加热温度为450‑500℃，加热时间为1‑2h；(2)向真空炉中通入氩气，偏压电压300V，靶材产生等离子，通过离子刻蚀工序来清洗靶材，清洗时间6min，工件清洗时偏压电压500‑800V，清洗时间8‑12min，氩气流量为50‑100sccm；(3)将偏压电压逐渐降低至200‑60V，然后反应气体N2、C2H2进入真空炉腔，靶材表面离化的涂层离子和反应气体反应形成CrN+Al涂层沉积在模具表面，反应气体N2的流量范围为200‑400sccm，反应气体C2H2的气体流量范围为15‑30sccm，真空炉内的真空度范围为0.012～0.016Pa；(4)将模具在真空炉内自然冷却，温度降至180℃以下方可出炉。