一種用于工模具的多層復(fù)合硬質(zhì)膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于工模具的多層復(fù)合硬質(zhì)膜。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)邁向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程，對(duì)機(jī)械加工所用的刀具、工具、模具的性能和壽 命要求越來(lái)越高，除了工模具的基材不斷改進(jìn)外，一個(gè)重要的研發(fā)方向是開發(fā)用于工模具 的先進(jìn)保護(hù)涂層，即在工模具表面上采用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積的方法，沉積耐磨、 耐蝕、耐高溫、減摩的硬質(zhì)薄膜，保護(hù)工模具的表面減少磨損和燒蝕、延長(zhǎng)服役壽命并提高 其加工精度和光潔度。
[0003] 經(jīng)過近三十多年來(lái)的努力，開發(fā)出一系列的工模具用保護(hù)涂層，特別是物理氣相 沉積涂層，主要是過渡族金屬的氮化物、碳化物、碳氮化物，有二元的、三元的、四元的，如 TiN、TiC、ZrN、CrN、CrC、TiCN、TiAIN、CrAIN、TiAlCN、、CrAlCN、TiAlSiN以及類金剛石碳 (DLC)膜等，近幾年還開發(fā)出多層結(jié)構(gòu)膜、納米晶膜、納米多層膜等高性能先進(jìn)膜系。如此多 種硬質(zhì)膜的出現(xiàn)，反映了所加工各種產(chǎn)品的材料對(duì)工模具有不同的性能要求，必須研發(fā)多 種特性的涂層才能滿足加工的需求，另一方面也反映了鍍膜技術(shù)、鍍膜材料、鍍膜工藝的不 斷進(jìn)步，有可能制備出越來(lái)越先進(jìn)的鍍層。隨著加工材料的多樣化，其所用的工模具的涂層 也細(xì)分了。
[0004] 在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，單一鍍層工模具用于加工不同材料工件時(shí)總存在各種各樣不足： 有的硬度不夠高、耐磨性較低，有的硬度高、耐磨性較好但韌性較低、耐沖擊較差，有的硬度 和韌性兼顧但耐熱性抗氧化性較低等。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種用于工模具的多層復(fù)合硬質(zhì)膜， 其綜合性能好、適用性強(qiáng)、高硬度、耐磨損又具良好韌性、耐沖擊、耐熱、抗氧化性好。
[0006] 解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種用于工模具的多層復(fù)合硬質(zhì)膜，其特征是：所述的多層復(fù)合硬質(zhì)膜鍍?cè)诠つ?具7的表面上，從里到外覆蓋有第一Cr膜層1、第一CrAlTiN膜層2、第二Cr膜層3、AlTiN 膜4、第三Cr膜層5和第二CrAlTiN膜層6。
[0008] 所述CrAlTiN膜的厚度約為lum。
[0009] 所述AlTiN膜的厚度約為2um。
[0010] 所述Cr膜層的厚度約為0? 3um〇
[0011] 選用AlTiN和AlTiCrN膜層作復(fù)合膜層，基于它們具有優(yōu)良的性能。表1列出了 它們的相關(guān)特性。如下表1為AlTiN和AlTiCrN膜層性能：
[0012] 表IAlTiN和AlTiCrN膜層性能
[0013]
[0014] 采用高Al的AlTiN作為主膜層的中間層，是利用其高硬度高抗氧性特點(diǎn)作為強(qiáng)有 力的支撐層。眾所周知，AlTiN晶體薄膜中，Al原子置換TiN中的一部分Ti原子后使晶格 發(fā)生畸變。晶格畸變度大的涂層，一方面晶界增多，另一方面位錯(cuò)多且不易滑動(dòng)，從而導(dǎo)致 涂層硬度的提高。Al元素能大大降低TiN涂層在高速切削時(shí)的氧化磨損，當(dāng)?shù)毒吆凸ぜ?觸區(qū)溫度超過約749°C時(shí)，涂層的外表面轉(zhuǎn)化為氧化鋁，可以阻止進(jìn)一步氧化，起到保護(hù)刀 具的作用，從而延長(zhǎng)刀具的使用壽命。
[0015] CrAlTiN是在AlTiN之后研發(fā)出來(lái)的新膜系，它保持AlTiN高硬度高耐磨損高抗氧 化性優(yōu)點(diǎn)，Cr的加入提高了膜層的韌性和抗沖擊性能，還提高了抗氧化性和降低了摩擦系 數(shù)。利用CrAlTiN作頂層，以其高硬度耐磨損和高韌性結(jié)合優(yōu)勢(shì)，直接與工件接觸，能承受 猛烈的沖擊，以更強(qiáng)的耐熱性能保護(hù)膜層不被氧化；通過中間AlTiN強(qiáng)有力的支撐后，由底 層的CrAlTiN進(jìn)一步吸收和緩解高速切削時(shí)產(chǎn)生的沖擊力和高溫。這樣的復(fù)合膜層的結(jié)構(gòu) 合理，特點(diǎn)互補(bǔ)。
[0016] 在多層結(jié)構(gòu)的各界面均用具有良好的結(jié)合力和熱穩(wěn)定性的Cr來(lái)作中間"黏合 層"，以提高膜系與基體和各膜層之間的結(jié)合力。
[0017] 利用高硬度高耐熱高抗氧化性的AlTiN作為膜系的中間支撐層，可提高膜系的硬 度和耐磨損能力；利用具有高硬度高韌性高抗氧化性和低摩擦系數(shù)的CrAlTiN作為膜系的 頂層和底層，既耐磨耐熱又能吸收膜系受到的沖擊力，三層主結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮各膜層自身優(yōu) 點(diǎn)，這種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)膜層具有綜合性能好適用性強(qiáng)的特性。本實(shí)用新型多層復(fù)合膜層可 適用于：硬質(zhì)合金柄狀刀具（銑刀，鉆頭）、硬質(zhì)合金刀片、高速鋼刀具（鉆頭、銑刀、齒輪刀 具、拉刀等）、沖剪模具、成型模具、壓鑄模具、塑膠模具等，適用范圍廣。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型工具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] (1)利用具有高硬度高韌性高抗氧化性和低摩擦系數(shù)的CrAlTiN作為膜系的頂層 和底層，利用高硬度高耐熱高抗氧化性的AlTiN作為涂層中間的支撐層，三層主結(jié)構(gòu)，使其 兼具良好的硬度和抗磨損性，又具良好的熱穩(wěn)定性，并具有良好韌性以減緩高速切削時(shí)沖 擊力和降低膜系的應(yīng)力，多層復(fù)合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的綜合性能；
[0020] (2)采用多復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)，降低每一層膜層的厚度，有利于抑制柱狀晶的生長(zhǎng)，細(xì) 化晶粒，降低膜系表面粗糙度；
[0021] (3)利用金屬Cr對(duì)各種鍍層均具有強(qiáng)的的親和性，在多層結(jié)構(gòu)中所有界面都用Cr 膜層作粘合層，有利于提高膜系與基體和各膜層之間的結(jié)合力；
[0022] (4)本多層復(fù)合膜綜合性能優(yōu)異、適用性強(qiáng)，可以適用于多種基材的多種刀具和模 具上，并適用于多種被加工的材料和工件，特別適合小型加工企業(yè)，可以用一種膜系工模具 應(yīng)付多種工件生產(chǎn)，雖然可能沒有使用細(xì)化專用膜系工模具那么精準(zhǔn)有效，但使用本發(fā)明 膜系的工模具可滿足多種加工生產(chǎn)的基本需求，為企業(yè)節(jié)省工模具資源，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效 益，特別受小型加工企業(yè)歡迎；同時(shí)也有利于小型涂層服務(wù)中心為這些小型加工企業(yè)提供 工模具膜系服務(wù)，不用為客戶從繁多的細(xì)化專用涂層系列中選擇其適用的膜系而費(fèi)功夫。
【附圖說明】
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