技术领域
[0001] 本
发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种表面复合结构抗冲击涂层
压铸模具及其制备方法。
背景技术
[0002] 由于压铸模具在加工
制造过程中模具表面局部
温度高，出模时
合金粘附在模具上无法带出，模具表面粘附了一层合金物，导致压铸的产品相应表面存在不光滑、粗糙而且凹凸不平的一种铸件表面
缺陷，以往通过在模具型腔表面均匀的刷防粘蜡或渗氮得到渗氮层而提高抗粘附性能，防粘蜡不仅增加工序，同时影响产量也无法保证
质量，由于氮化层容易脱落且自身脆性较大，结构不够致密以及渗层薄，在使用过程中容易失效。
[0003] 若对压铸模具进行
表面处理，可提高模具的耐热疲劳性能，从而提高模具的质量和寿命。压铸模具表面进行稀土表面强化，由于稀土元素具有提高渗速、强化表面及
净化表面等多种功能，它对改善模具表面组织结构，表面物理、化学及
力学性能均有极大地影响，可提高渗速、强化表面、生成稀土化合物，同时可消除分布在
晶界上微量杂质的有害作用，起着强化和稳定模具型腔表面晶界的作用，从而使得模具的
耐磨性，抗热疲劳性能显著提高，从而大幅度提高模具寿命。但由于稀土强化表面处理所得到的涂层本身脆性较大，结构不致密，且与模具基体的结合强度不理想，因此整体的涂层性能有待进一步提高。
[0004] 通过改善模具的设计和工序控制可以减少次品，极大提高了资源利用率，同时模具的寿命也可以为工业生产节约成本，提升竞争力，决定模具寿命的主要因素有模具材料的选取、模具加工及
热处理、压铸生产过程的控制。虽然通过合金成分的调控可在一定程度上提高提高目前应用最为广泛的压铸模具的性能，但是其模具制造技术在防止模具裂纹、防止热应变、同时兼具较高的强度和耐磨性、抗应变能力上仍有待提高。
发明内容
[0005] 为了克服上述
现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种表面复合结构抗冲击涂层压铸模具及其制备方法，能够解决现有的压铸模具在压铸生产中要经受频繁的冷热循环压铸模具表面易产生疲劳裂纹的技术问题。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] 本发明公开了一种表面复合结构抗冲击涂层压铸模具，包括模具基体和由下至上依次设置在其表面上方的表面过渡层和表面附着层；其中：
[0008] 表面过渡层是基于氮
原子在模具基体表面形成的氮化物层，表面过渡层的厚度为50～300μm；
[0009] 表面附着层是基于材料沉积在模具基体表面形成的陶瓷附着层，表面附着层的厚度为表面过渡层的0.05～3倍。
[0010] 优选地，所述氮化物为
铝氮化物、
钛氮化物、镍氮化物、铬氮化物、
钒氮化物、钼氮化物、锰氮化物和钨氮化物中两种或两种以上的组合物。
[0011] 优选地，所述表面附着层为含有氮化钛、氮化
硼、氮化
硅、氮化钽、
碳化钛、碳化硅和碳化钨中的一种或多种成分的陶瓷附着层。
[0012] 优选地，所述表面过渡层的硬度为800～1200HV，所述表面附着层的硬度为2000～2600HV。
[0013] 本发明还公开了上述表面复合结构抗冲击涂层压铸模具的制备方法，包括以下步骤：
[0014] 1)在清洁处理过的模具基体表面进行渗氮处理，制备厚度为50～300μm的表面过渡层；
[0015] 2)清洗渗氮处理过的模具基体，采用气相沉积法制备表面附着层，表面附着层的厚度为表面过渡层厚度的0.05～3倍；
[0016] 3)冷却，制得表面复合结构抗冲击涂层压铸模具。
[0017] 优选地，步骤1)中，清洁处理是采用
溶剂超声波清洗或
辉光放电清洁模具基体。
[0018] 优选地，步骤1)中，渗氮处理包括液体渗氮或气体渗氮，渗氮过程中包括
氨的分解过程。
[0019] 优选地，气体渗氮处理的渗氮温度为480～700℃，保温时间为0.5～3h。
[0020] 优选地，氨的分解温度为480～550摄氏度，保温时间为4～10h。
[0021] 优选地，步骤2)中，气相沉积法采用激光
化学气相沉积法、
金属有机化学气相沉积法或
物理气相沉积法。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0023] 本发明公开的表面复合结构抗冲击涂层压铸模具，包括模具基体和由下至上依次设置在其上方的表面过渡层和表面附着层，获得表面复合结构抗冲击涂层压铸模具。在模具基体表面制备的表面复合抗冲击涂层组织致密，涂层显微硬度值可达到2000HV以上，大幅度的提高了模具的寿命。同时，该表面复合结构抗冲击涂层压铸模具具有优异的抗热
变形和耐磨性能；解决了现有的压铸模具在压铸生产中要经受频繁的冷热循环压铸模具表面易产生疲劳裂纹的技术问题，能有效避免加工制造过程中金属的沾粘、残留，而减少模具清洗、损害的生产成本。
[0024] 本发明公开的制备方法，通过在模具表面渗氮处理形成氮化物层得到表面过渡层，通过气相沉积技术制备表面附着层，获得表面复合结构抗冲击涂层压铸模具。该方法能够将模具寿命显著提高6-30倍，该制备方法操作简单，处理效率高。
附图说明
[0025] 图1为本发明的表面复合结构抗冲击涂层压铸模具的结构示意图。
[0026] 其中，1为模具基体；21为表面过渡层；22为表面附着层。
具体实施方式
[0027] 下面结合具体的
实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0028] 实施例1
[0029] 参见图1，一种表面复合结构抗冲击涂层压铸模具，包括模具基体1，表面过渡层21和表面附着层22。其中，表面过渡层21是基于氮原子在模具基体1表面形成氮化物层以提高表层的硬度，耐磨性和抗疲劳性能，其厚度为80um，表面附着层22是基于材料沉积在模具基体1表面形成的陶瓷附着层，其厚度为10um。过渡层中氮化物为铝氮化物，钛氮化物的组合。表面附着层为氮化钛+碳化钨为主要成分的涂层。表面过渡层的硬度为1000HV，附着层的硬度为2200HV。
[0030] 上述表面复合结构抗冲击涂层压铸模具的制备方法，包括以下步骤：
[0031] 1)使用400#、600#、1000#的
砂纸逐级打磨去除模具表面
氧化物，去除模具基体表面的氧化膜，并用丙
酮溶液的
超声波清洁基体表面，使表面干净备用，清洗时间为15min；
[0032] 2)氨的分解，气体渗氮的方式获得具有高的硬度，耐磨性和抗疲劳性能的表面过渡层，冷却。渗氮温度为480～700℃，保温2h。渗氮过程氨的分解温度为500℃，保温时间为6h。得到渗层厚度为80um；
[0033] 3)清洗渗过氮的模具基体，采用物理气相沉积技术制备氮化钛+碳化钨表面附着层，用直流反应磁控共溅射
镀膜系统，沉积涂层前先将
真空室抽抽真空至6.0×10-4Pa，然后通入高纯氩气，在基体上沉积约10um的涂层；
[0034] 4)冷却至室温，制得表面复合结构抗冲击涂层压铸模具。
[0035] 实施例2
[0036] 一种表面复合结构抗冲击涂层压铸模具，包括模具基体，表面过渡层和表面附着层。其中，表面过渡层是基于氮原子在模具基体表面形成氮化物层以提高表层的硬度，耐磨性和抗疲劳性能，其厚度为90um，表面附着层是基于材料沉积在模具基体表面形成陶瓷附着层，其厚度为15um。过渡层中氮化物为铝氮化物、铬氮化物的氮化物组合。表面附着层为氮化钛+碳化钨为主要成分的涂层。表面过渡层的硬度为1000HV，附着层的硬度为2200HV。
[0037] 上述表面复合结构抗冲击涂层压铸模具的制备方法，包括以下步骤：
[0038] 1)使用400#、600#、1000#的砂纸逐级打磨去除模具表面氧化物，去除模具基体表面的氧化膜，并用丙酮溶液的超声波清洁基体表面，使表面干净备用，清洗时间为20min；
[0039] 2)氨的分解，气体渗氮的方式获得具有高的硬度，耐磨性和抗疲劳性能的表面过渡层，冷却。渗氮温度为480～700℃，保温2.5h。渗氮过程氨的分解温度为500℃，保温时间为7h。得到渗层厚度为90um；
[0040] 3)清洗渗过氮的模具基体，采用物理气相沉积技术制备氮化钛+碳化钨表面附着层，用直流反应磁控共溅射镀膜系统，沉积涂层前先将真空室抽抽真空至7.0×10-4Pa，然后通入高纯氩气，在基体上沉积约15um的涂层；
[0041] 4)冷却至室温，制得表面复合结构抗冲击涂层压铸模具。
[0042] 实施例3
[0043] 一种表面复合结构抗冲击涂层压铸模具，包括模具基体，表面过渡层和表面附着层。其中，表面过渡层是基于氮原子在模具基体表面形成氮化物层以提高表层的硬度，耐磨性和抗疲劳性能，其厚度为80um，表面附着层是基于材料沉积在模具基体表面形成陶瓷附着层，其厚度为10um。过渡层中氮化物为铝氮化物，钛氮化物的氮化物组合。表面附着层为氮化钽+碳化钨为主要成分的涂层。表面过渡层的硬度为1000HV，附着层的硬度为2200HV。
[0044] 上述表面复合结构抗冲击涂层压铸模具的制备方法，包括以下步骤：
[0045] 1)使用400#、600#、1000#的砂纸逐级打磨去除模具表面氧化物，去除模具基体表面的氧化膜，并用丙酮溶液的超声波清洁基体表面，使表面干净备用，清洗时间为15min；
[0046] 2)氨的分解，气体渗氮的方式获得具有高的硬度，耐磨性和抗疲劳性能的表面过渡层，冷却。渗氮温度为480～700℃，保温2h。渗氮过程氨的分解温度为500℃，保温时间为6h。得到渗层厚度为90um；
[0047] 3)清洗渗过氮的模具基体，采用物理气相沉积技术制备氮化钽+碳化钨为主要成分的表面附着层，用直流反应磁控共溅射镀膜系统，沉积涂层前先将真空室抽抽真空至6.0×10-4Pa，然后通入高纯氩气，在基体上沉积约10um的涂层；
[0048] 4)冷却至室温，制得表面复合结构抗冲击涂层压铸模具。
[0049] 实施例4
[0050] 一种表面复合结构抗冲击涂层压铸模具，包括模具基体，表面过渡层和表面附着层。其中，表面过渡层是基于氮原子在模具基体表面形成氮化物层以提高表层的硬度，耐磨性和抗疲劳性能，其厚度为90um，表面附着层是基于材料沉积在模具基体表面形成陶瓷附着层，其厚度为15um。过渡层中氮化物为铝氮化物、铬氮化物的氮化物组合。表面附着层为氮化钽+碳化钨为主要成分的涂层。表面过渡层的硬度为1100HV，附着层的硬度为2300HV。
[0051] 上述表面复合结构抗冲击涂层压铸模具的制备方法，包括以下步骤：
[0052] 1)使用400#、600#、1000#的砂纸逐级打磨去除模具表面氧化物，去除模具基体表面的氧化膜，并用丙酮溶液的超声波清洁基体表面，使表面干净备用，清洗时间为20min；
[0053] 2)氨的分解，气体渗氮的方式获得具有高的硬度，耐磨性和抗疲劳性能的表面过渡层，冷却。渗氮温度为480～700℃，保温2.5h。渗氮过程氨的分解温度为500℃，保温时间为7h。得到渗层厚度为90um；
[0054] 3)清洗渗过氮的模具基体，采用物理气相沉积技术制备氮化钽+碳化钨表面附着层，用直流反应磁控共溅射镀膜系统，沉积涂层前先将真空室抽抽真空至7.0×10-4Pa，然后通入高纯氩气，在基体上沉积约15um的涂层；
[0055] 4)冷却至室温，制得表面复合结构抗冲击涂层压铸模具。
[0056] 综上所述，本发明公开的表面复合结构抗冲击涂层压铸模具，包括模具基体和表面复合结构涂层组成，表面复合结构涂层由表面过渡层和表面附着层构成，表面过渡层通过渗氮在模具基体表面形成氮化物层以提高表层硬度，表面附着层是基于材料沉积在模具基体表面形成陶瓷附着层。。
[0057] 该表面复合结构抗冲击涂层压铸模具的制备工艺步骤包括以下步骤：a、清洗模具基体表面，排除设备中空气。b、氨的分解，液体渗氮，离子渗氮或气体渗氮的方式获得具有高的硬度，耐磨性和抗疲劳性能的表面过渡层，冷却。c、清洗渗过氮的模具基体，采用气相沉积技术制备表面附着层。d、冷却。本发明具有优异的抗热变形和耐磨性能；本发明也解决了现有的压铸模具在压铸生产中要经受频繁的冷热循环压铸模具表面易产生疲劳裂纹的技术问题，能有效避免加工制造过程中金属的沾粘、残留，而减少模具清洗、损害的生产成本。
