[发明专利]一种多层薄膜的制备及其结合性能评价的方法

说明书

技术领域

本发明属于膜材料领域，尤其涉及一种Cr-CrN-CrMoAlN多层薄膜制备及其结合性能评价的方法。

背景技术

模具广泛应用于塑料零件，压铸零件，金属板材零件，成形零件和锻造产品的大规模生产。模具加工技术在现代工业生产中占有重要的地位。其中，H13钢做为一种热作模具钢，广泛应用于热模锻，热挤压模和有色金属压铸模。但由于工况条件恶劣，H13钢容易在表面处发生失效。为了提高模具的寿命和质量，降低成本，国内外发展了多种表面改性工艺技术来综合提高其表面的硬度、耐磨性、强度、韧性和耐蚀性。其中PVD涂层技术是目前应用最广泛同时也是最有价值的一类表面技术，在近二三十年来获得了的迅速发展。

目前，应用最广泛的PVD硬质涂层主要是CrN及TiN为代表的二元涂层。但是，由于工况的复杂性，这些二元涂层并不能完全满足使用需求。而现有技术中出现的三元、四元等多元硬质涂层，通过添加一些金属元素（如Al、W、Zr、V、Mo等）到氮化物涂层中来增加涂层性能，但还是不能满足市场需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种多层薄膜的制备方法，从而进一步增加多层薄膜的种类，优化市场。

为此采用如下的技术方案：

一种多层薄膜的制备方法，其特征在于：所述多层薄膜以H13为基体，在基体上经过非平衡离子溅射镀膜工艺依序沉积Cr结合层、CrN过渡层和CrMoAlN功能层；具体制备步骤如下：

步骤（1）打开非平衡溅射离子镀设备，开机预热，冷却通水，先后打开机械泵和分子泵，抽真空至1.0×10^-4Pa;

步骤（2）通入氩气，调节气瓶阀门和流量计，调整真空腔内气体，使磁控靶放电起辉；

步骤（3）基体表面等离子清洗：基体偏压调整为-450V，用Ar离子轰击基体表面，除去基体表面杂质，清洗20min;

步骤（4）基体偏压调整为-100V，同时开启两个Cr靶，靶电流设置为4A，沉积一层纯金属Cr层打底；

步骤（5）基体偏压调整为-75V，通入氮气，沉积CrN过渡层，通过OEM系统控制氮气流量，使靶材溅射的Cr原子数目逐渐减少，涂层中的N含量逐渐增加；

步骤（6）开启Al靶和Mo靶，Al靶电流逐步增加至6A，Mo靶电流增加至指定数值，四靶全部处于开启状态，开始沉积CrMoAlN功能层60min，即可获得Cr-CrN-CrMoAlN多层薄膜；

步骤（7）镀层完成并冷却后，镀膜室放气，取样并抽真空；

最终制得Cr-CrN-CrMoAlN多层薄膜，所述Cr结合层厚度为0.2~0.4μm ；所述CrN过渡层厚度为1.0~1.2μm；所述CrMoAlN功能层厚度为2.2~2.4μm；所述涂层总厚度为3.4~4μm。

本发明的另一个目的在于，提供一种多层薄膜结合性能评价的方法，从而准确高效地判断出目标产品的薄膜结合性能。

为此采用如下的技术方案：

一种多层薄膜结合性能评价的方法，其特征在于所述方法按如下步骤进行：

步骤A）由H13基体经过非平衡离子溅射镀膜工艺分别沉积Cr结合层、CrN过渡层和CrMoAlN功能层制得Cr-CrN-CrMoAlN多层薄膜；

设置设备参数为：Cr靶电流4A，Al靶电流6A, Mo靶电流设定在0~6A,偏压-75V，Cr结合层沉积360s，CrN过渡层沉积600s，CrMoAlN功能层沉积3600s；

制得Cr-CrN-CrMoAlN多层薄膜，所述Cr结合层厚度为0.2~0.4μm ；所述CrN过渡层厚度为1.0~1.2μm；所述CrMoAlN功能层厚度为2.2~2.4μm；所述涂层总厚度为3.4~4μm；

步骤B）取步骤A）所制备的Cr-CrN-CrMoAlN多层薄膜经过多功能划痕仪进行划痕实验；其中：最大载荷为30N，加载速率为30mN/s，划痕长度为1mm；

步骤C）取步骤A）所制备的Cr-CrN-CrMoAlN多层薄膜经过激光共聚焦扫描显微镜获得薄膜表面划痕形貌评估其结合性能。

通过本发明的技术方案，能够获得一种Cr-CrN-CrMoAlN梯度功能硬质薄膜，本发明在CrN的基础上添加了Al、Mo两种元素形成四元硬质氮化物涂层，并提供一种薄膜结合性能评价的方法，针对于不同Mo靶电流的CrMoAlN涂层的组织结构和结合性能。其中，结合性能采用划痕法来表征。此法原理简单，并且较为直观，因此可以被广泛使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：