[发明专利]HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金纳米复合涂层压铸铝模具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金纳米复合涂层压铸铝模具及其制备方法，涂层包括结合层、过渡层、支撑层、耐冲击耐温层；结合层为电弧离子镀方法高能轰击制备的纯Nb层，过渡层为NbN过渡金属陶瓷层，支撑层为NbN/HfZrWMoVNbN高熵合金氮化物纳米多层膜，耐冲击耐温层为HfZrWMoVNbN/CrSiN纳米多层膜；涂层为为结构和成分渐变的纳米多层复合，梯度复合涂层，具有良好的附着力和良好的韧性，同时利用HfZrWMoVNbN和CrSiN两种涂层的高温稳定性，使压铸铝模具具有良好的抗冲击性能同时也具有很好的脱模性能，满足复杂工况要求。

技术领域

本发明涉及薄膜材料涂层技术领域，尤其涉及一种HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金纳米复合涂层压铸铝模具及制备方法。

背景技术

压力铸造简称压铸，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸和传统的铸造方法不同，其特点是高压和高速。常见的压力范围为15-100MPa，速度通常在10-50米/秒，有的还可超过80米/秒，由于加工速度快，成本低，在汽车、飞机等交通工具的复杂部件上获得了广泛的应用，特别适合于各种铝合金部件的加工制造。

在压铸生产时，由于铝液是高温，压铸模具需要经常反复受激冷激热的作用，模具表面反复循环的热应力，导致模具材料老化损伤，内部出现热疲劳微裂纹，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。此外，在压射力的作用下，模具表面需要承受很大的压应力，过大的压应力会导致其产生明显的塑性变形，如果变形次数达到一定的时候将会导致其出现剥落，出现明显的冲蚀痕迹。此外在高温铝液的长期浸泡中，模具表面会和溶液发生反应，产生明显的扩散的结果就会导致表面形成合金层，破坏模具表面。为此在压铸中，需要模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。否则模具的使用寿命将会大幅度降低，无法满足使用需求。

对于模具的处理，目前主要分为两类，一种是常规的热处理，一种是表面处理。常规热处理主要是淬火+回火等，淬火等热处理可以提高材料的硬度，但其硬度提高有限。回火可以提高模具材料的热稳定性和降低硬度。表面处理方法较多，包括电镀、化学镀、氮化、渗碳以及PVD和CVD等。其中电镀技术污染较大，目前已经逐步限制使用。渗碳温度高，经常达到材料的淬火温度，导致材料软化，所以需要再次热处理，工序复杂。CVD和渗碳比较类似，也需要二次热处理。PVD技术由于温度低(小于500℃)，未超过模具钢的热处理温度，是目前压铸模具表面处理的典型技术之一。

在现有的PVD涂层材料中，TiN、AlTiN以及AlCrN等是应用较多的涂层，但其耐磨和耐温有限，不能很好的满足压铸模具使用的需要，急需开发新型的耐温耐磨抗冲击涂层材料。高熵合金纳米涂层材料具有高硬度高耐温的特点，可以抵抗金属铝液的腐蚀和高速铝液的冲刷，在压铸模具上具有良好的应用潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有很好的耐温性能，同时也具有良好的耐冲击能力的HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金纳米复合涂层，进一步提供涂覆该复合涂层的压铸铝模具及制备方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案为：HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金纳米复合涂层压铸铝模具的制备方法，包括结合层、过渡层、支撑层、耐冲击耐温层；所述的结合层为电弧离子镀方法高能轰击制备的纯Nb层，所述的过渡层为NbN过渡金属陶瓷层，所述的支撑层为NbN/HfZrWMoVNbN高熵合金氮化物纳米多层膜，所述的耐冲击耐温层为HfZrWMoVNbN/CrSiN纳米多层膜。

本发明的进一步优化的技术方案为：所述的支撑层包括NbN单层和HfZrWMoVNbN单层，所述的NbN单层厚为3-30纳米，HfZrWMoVNbN单层厚度为3-30纳米，涂层调制周期为6-60纳米；