[发明专利]一种高温耐磨涂层、凹模及其制备方法

说明书

本发明提供一种高温耐磨涂层、凹模及其制备方法，属于涂层技术领域。解决现有的应用于凹模内壁的涂层抗高温性能差、且寿命短的问题。该涂层包括Cr粘结层、设置在Cr粘结层上的CrN过渡层、设置在CrN过渡层上的AlCrN过渡层和设置在AlCrN过渡层上的AlTiCr(Y)N涂层。本发明还提供一种凹模，所述的凹模内壁基体表面沉积有上述高温耐磨涂层。本发明还提供一种凹模的制备方法。本发明的涂层应用于高强钢件热挤压模具的凹模内壁，耐温接近1000℃，使用寿命提高了4倍以上。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种高温耐磨涂层、凹模及其制备方法。

背景技术

汽车高强钢热挤压成形，需要把钢材加热到1200℃左右，采用凸模和凹模配合使用，将之挤压成特定形状。在挤压过程中，凸模冲压钢材使之变形并从凹模内部穿过，同时喷水强制冷却，工作频率超过1件/秒。生产中发现，凸模虽受力较大，但冷却较好，渗氮处理后寿命可达8000件以上，失效模式以热疲劳为主；而凹模处于整套系统的内部，冷却条件不好，高强钢件在此处仍能达到800℃以上，渗氮后凹模使用寿命仅有凸模的1/4，其损伤模式以粘着磨损和划伤为主。针对该类型模具，提高凹模内壁的耐磨损寿命，使得凹模凸模寿命相当，对于提高生产效率、降低生产成本尤其重要。

分析凹模内壁损伤失效模式可知，高强钢材穿过凹模的时候，温度高，钢件和模具内壁表面都较软，在高压应力作用下易发生粘着，造成粘着磨损；同时，钢件相对于模具表面有剧烈的金属流动，这种金属流动的切应力和压缩应力的合力把模具表面切成小沟槽，如凹模内壁被氧化时，已软化的部位还会被速流动的金属“冲刷”出大沟槽，形成划伤。凹模内壁的这两种损伤形式要求其表面需要耐粘着、抗氧化、高硬度等综合性能。

目前，采用真空电弧在热作或冷作模具表面制备硬质涂层，以此来大幅提高模具使用寿命的技术，已经越来越受到重视。通常，模具的寿命可以提高3～5倍以上。Ti系列涂层(如AlTiN)和Cr系列涂层(如AlCrN)是模具中最常用的两类涂层。AlTiN涂层硬度可以达到HV3500，具有优异的耐粘着磨损能力和良好的抗氧化性能，使用温度可以达到700℃，用在本发明的环境中耐温稍显不足。AlCrN涂层硬度可达Hv3000以上，耐温900℃，具有优异的耐划伤和抗氧化性，但抗粘着性能很差。这两种涂层单一使用，都无法到要求。综合这两种涂层的优点开发出来的AlTiCrN涂层，抗粘着、耐划伤性能都很优异，耐温性能也有所提高，已经超过可800℃。然而，在高强钢件热挤压模具系统内部环境，温度在800～1000℃左右，AlTiCrN涂层仍旧无法很好地满足这种要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的应用于凹模内壁的涂层抗高温性能差、且寿命短的问题，而提供一种高温耐磨涂层、凹模及其制备方法。

本发明首先提供一种高温耐磨涂层，包括Cr粘结层、设置在Cr粘结层上的CrN过渡层、设置在CrN过渡层上的AlCrN过渡层和设置在AlCrN过渡层上的AlTiCr(Y)N涂层。

优选的是，所述的Cr粘结层的厚度为0.05-0.125μm，CrN过渡层的厚度为0.2-0.375μm，AlCrN过渡层的厚度为0.5-0.875μm，AlTiCr(Y)N涂层的厚度为1.125-1.875μm。

本发明还提供一种凹模，所述的凹模内壁基体表面沉积有上述高温耐磨涂层。

本发明还提供一种凹模的制备方法，包括：

步骤一：将凹模内壁基体表面进行预处理；

步骤二：对步骤一得到的预处理后的凹模内壁基体表面进行刻蚀活化处理；

步骤三：在步骤二得到的刻蚀活化处理后的凹模内壁基体表面上沉积Cr粘结层；

步骤四：在步骤三得到的Cr粘结层表面沉积CrN过渡层；

步骤五：在步骤四得到的CrN过渡层表面上沉积AlCrN过渡层；