[实用新型]具有纳米晶复合涂层的压铸铝模具

说明书

本实用新型公开了具有纳米晶复合涂层的压铸铝模具，包括模具本体和模具表面的涂层，涂层包括由内往外分布的具有硬度梯度的结合层、过渡层、支撑层、增硬层和耐温耐腐蚀层；结合层为纯Cr层，过渡层为CrN层，支撑层为CrN和AlCrSiN的复合涂层，增硬层为AlCrSiN和AlCrSiON的交替层，耐温耐腐蚀层为AlCrSiON和AlCrSiO的交替层；涂层从结构上为多种纳米晶复合氮化物和氧化物涂层材料的组合，成分上具有渐变特点，降低涂层的内应力和提高涂层的韧性，可以较好克服现有压铸铝模具耐磨耐温耐腐蚀不足的缺点，大幅度提高压铸铝模具的使用寿命和适应性。

技术领域

本实用新型涉及模具薄膜涂层的技术领域，尤其涉及纳米晶复合涂层及具有纳米晶复合涂层的压铸铝模具的制备方法。

背景技术

压铸模具是铸造金属零部件的一种重要工具，我国是名符其实的压铸大国。压铸的基本工艺过程是金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。

压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展。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。此外在压力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹。当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。

常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、 Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是铝易咬模。当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗冲蚀性能不利。

为了提高模具的寿命，一种方法是改进模具的结构和材料，主要是采用更高级别的钢材和采用更优化的热处理参数，提高模具的硬度和耐温耐腐蚀性能。但由于选择有限，不能大幅度提高模具的使用寿命。第二种方法是在不影响模具基体性能的条件下采用表面处理方法提升表面的性能，具有操作简单，容易实现和性能优异等特点，在实际生产中获得了一定的应用。

氮化、渗金属和熔覆等技术被用于压铸模具的表面强化，有效的提高了模具的寿命。特别是离子氮化工艺获得了一定的应用。离子渗氮作为强化金属表面的一种化学热处理方法，广泛适用于铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢及钛合金等。零件经离子渗氮处理后，可显著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲劳强度，抗蚀能力及抗烧伤性等。但氮化层硬度低，耐高温性能有限。

渗金属主要包括渗硼和渗钒(T.D法)等，通过渗金属过程可以在模具的表面形成一层高硬度的硼化物层和碳化物层；利用硼化物和碳化物的高硬度和高耐热性提高模具的使用性能。但其制备温度过高，经常达到900℃以上，导致模具变形影响正常使用。

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。但激光熔覆不能处理复杂的表面，对小孔内壁处理也存在难以克服的困难，导致其在复杂模具上难以应用。

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源--固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。电弧离子镀具有离化率高、附着力强，在刀具涂层中已经获得了广泛的应用。