[发明专利]一种提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层，其特征在于：所述Zr基高熵合金涂层是指依次沉积于氮化后热锻模具表面的ZrTi打底层、成分连续变化的ZrTiN～AlCrSiN过渡层以及ZrTiAlCrSiN功能层；

所述成分连续变化的ZrTiN～AlCrSiN过渡层是以ZrTiN层到AlCrSiN层作为一个循环周期的多周期涂层；

所述的提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层的制备方法，具体步骤如下所示：

步骤一：择H13材质热锻模具作为待镀膜金属基体，对其进行喷砂以及常规去油、去污处理后进行磨粒流抛光处理，然后用碱液进行清洗，烘干后待用；

步骤二：采用离子氮化的方法对热锻模具进行氮化；将步骤一待用的热锻模具放在氮化炉内，关上炉罩；通入冷却水，打开抽真空系统，打开蝶阀，抽真空至70～60Pa之间后，打开高压，设定高压值为650～800V，逐步增加占空比至炉内产生辉光；占空比增加至70%后，逐步通入氢气和氩气，同时开启辅助加热热源，缓慢加热基体至490～520℃，充入氮气至真空度为260～300Pa，氮化时间为8～10h；

步骤三：待步骤二氮化后的热锻模具冷却后，挂在镀膜室内，关上镀膜室；打开抽真空系统，抽真空至5×10^-2Pa后打开辅助加热热源，将基体分段预热至440～480℃后，保温60min；待炉腔真空达到5×10^-3Pa后充入氢气和氩气，调节氢气流量、氩气流量，保持镀膜室内真空度为0.6～0.8Pa；开启Ti靶电弧电源，设置电流为130～150A，基体负偏压-30～-200V，对氮化后的热锻模具进行气体离子刻蚀，刻蚀时间为1.5～2.5h；

步骤四：对弧源靶材进行选择，确定纯度均为99.99%的ZrTi靶和AlCrSi靶相等数量组合作为镀膜弧源靶，ZrTi靶的Zr/Ti原子比=（65～40）/（35～60），AlCrSi靶的Al/Cr/Si原子比=（40～60）/（50～30）/10～20；

步骤五：待步骤三的热锻模具刻蚀完成以后，调节光栅角度，调节氩气流量，将真空保持至0.6～0.8Pa，打开ZrTi靶电弧电源，设置电流为130～150A，偏压-200～-400V，持续10～20min，在模具表面制备得到ZrTi打底层；

步骤六：待步骤五的ZrTi打底层制备完成以后，将偏压调节至100～120V，调整氮气和氩气流量，使氮流量逐步增加，氩流量逐步减小，保持镀膜室气压始终为0.6～0.8Pa；开启AlCrSi靶弧源电源，电流为125～145A，保持80～150min；在ZrTi打底层上制备成分连续变化的ZrTiN～AlCrSiN过渡层；

步骤七：待步骤六的ZrTiN～AlCrSiN过渡层制备完成以后，关闭氩气，调节氮气分量至镀膜室气压为0.6～0.8Pa，沉积时间为30～80min，在ZrTiN～AlCrSiN过渡层上制备纳米复合ZrTiAlCrSiN功能层，从而得到用于提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层。

2.根据权利要求1所述的提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层，其特征在于，所述成分连续变化的ZrTiN～AlCrSiN过渡层中ZrTiN、AlCrSiN氮化物含量逐渐增加。

3.根据权利要求1所述的提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层，其特征在于，所述的ZrTi打底层、成分连续变化的ZrTiN～AlCrSiN过渡层以及ZrTiAlCrSiN功能层的厚度分别为200～400nm、2000～4000nm、1000～2000nm。

4.根据权利要求1所述的提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，所述方法从前到后的步骤依次为：首先对热锻模具进行前处理，其次对氮化后的热锻模具进行气体离子刻蚀，并对弧源靶材进行选择，之后热锻模具表面制备得到ZrTi打底层，再次在ZrTi打底层上制备成分连续变化的ZrTiN～AlCrSiN过渡层，最后在ZrTiN～AlCrSiN过渡层上制备ZrTiAlCrSiN功能层，从而得到用于提高热锻模具寿命的Zr基高熵合金涂层。