一種耐磨鋼模板及制備方法
【專利摘要】耐磨鋼模板，在金屬基板上依次鍍有鈦鍍層、氮化鈦鍍層、過度鈦鍍層、陶瓷合金鍍層；金屬基平板的長與寬尺寸是2.5-6.5米和1.22-2.5米。鈦鍍層、氮化鈦鍍層、過度鈦鍍層、陶瓷合金鍍層的厚度分別為20—80納米、2—6微米、20—80納米、2—6微米。在陶瓷合金鍍層表面再鍍鈦鍍層和陶瓷合金鍍層,鈦鍍層和陶瓷合金鍍層的厚度分別為100—350納米和2—6微米。本發(fā)明的使用壽命可以達(dá)到和超過現(xiàn)有電鍍鉻的鋼模板使用壽命的千倍以上并徹底改變了原來鋼模板退鉻、鍍鉻、研磨、翻新工序?qū)Νh(huán)境污染的狀態(tài)，節(jié)省和減少大量人、財、物的浪費。本發(fā)明的膜表面的硬度達(dá)2500-3400HV。
【專利說明】一種耐磨鋼模板及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種板業(yè)制備的重要裝備，尤其是耐磨鋼模板及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有建材市場上銷售的復(fù)合地板、各種飾面板、吊頂板，家俱板、高壓防火板等多種板材，大多采用電鍍后的鋼模板通過熱壓機壓制而成。但是現(xiàn)有板材表面經(jīng)常復(fù)合一層硬度達(dá)到HV1600-1800左右的25—60微米的氧化鋁顆粒的壓貼物，要求生產(chǎn)表層覆有氧化鋁耐磨層的高光亮度的鏡面板，耐磨復(fù)合地板和耐磨防火板及辦公家居、交通運輸、輕工等耐磨人造板材時，現(xiàn)有的鋼模板是以化學(xué)電鍍硬鉻的鋼模板，其表面硬度HV1000多一點，不能達(dá)到氧化鋁顆粒的壓貼物的硬度，難以達(dá)到鋼模板自身耐磨的要求，目前只能依靠對鋼模板反復(fù)進(jìn)行退鉻、鍍鉻研磨維修甚至一天多次更換鋼模板來維持生產(chǎn)，該法是極不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保的無奈之舉，不能滿足裝飾板行業(yè)的需求。且化學(xué)電鍍方法對環(huán)境的污染大。
[0003]現(xiàn)有硬質(zhì)合金的PVD方法主要用于刀具，未見有大幅度耐磨鋼模板的制備及產(chǎn)品報導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提出一種耐磨鋼模板及PVD制備的方法，其具有大的尺寸(幅面)，表面硬度高的多層結(jié)構(gòu)的耐磨鋼模板，不但有高耐磨性能，而且表面硬度高且脆性低，同時有非常好的使用壽命即耐久性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:耐磨鋼模板，在金屬基板上依次鍍有鈦鍍層、氮化鈦鍍層、過度鈦鍍層、陶瓷合金鍍層；金屬基平板的長與寬尺寸是2.5-6.5米和1.22-2.5米。
[0006]所述鈦鍍層、氮化鈦鍍層、過度鈦鍍層、陶瓷合金鍍層的厚度分別為20— 80納米、2—6微米、20— 80納米、2— 6微米。
[0007]進(jìn)一步的，在陶瓷合金鍍層表面再鍍鈦鍍層和陶瓷合金鍍層，鈦鍍層和陶瓷合金鍍層的厚度分別為100— 350納米和2— 6微米。
[0008]所述鋼模板上所涂的硬質(zhì)陶瓷合金為氮化物和硼化物，氮鋁鈦合金、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、鈦鈮合金，材料的表面硬度達(dá)到2500— 3400HV或更高。鋼模板雙面都鍍有鍍層。
[0009]上述的耐磨鋼模板的制造方法，其特征是鋼模板的金屬基板表面經(jīng)潔凈處理和離子源清洗處理，用真空物理沉淀方法進(jìn)行鍍層覆蓋，金屬基板的溫度控制在150-200°C ;先鍍20— 80納米純鈦，然后逐步加氮氣鍍氮化鈦厚度2— 6微米，過度鈦鍍層20— 80納米、硬質(zhì)陶瓷合金鍍層2— 6微米，過度鈦鍍層氮化鈦成分中逐漸降低鍍材中氮的含量過渡到純鈦，在純鈦表面鍍覆硬質(zhì)陶瓷合金膜，硬質(zhì)陶瓷合金為包括氮鋁鈦合金、氮化鉻、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、鈦鈮合金。
[0010]進(jìn)一步，在上述鍍層上進(jìn)行物理鍍，仍鍍0.1-0.3微米純鈦，再鍍硬質(zhì)陶瓷合金，硬質(zhì)陶瓷合金為氮化物和硼化物:氮鋁鈦合金、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、鈦銀合金。
[0011 ] 進(jìn)一步，鋼模板雙面都鍍有膜層。
[0012]硬質(zhì)合金鍍層由多層疊加而成，每層厚度控制在< 0.08微米。
[0013]耐磨鋼模板，金屬基板上依次鍍有鈦鍍層、氮化鈦鍍層、陶瓷合金鍍層。金屬基平板的長與寬尺寸是2.5-6.5米和1.22-2.5米。
[0014]耐磨鋼模板的表面硬度高，金屬基板采用不銹鋼板。
[0015]硬質(zhì)陶瓷合金為氮化物和硼化物，氮鋁鈦合金、氮化鉻、氮碳化鈦(TiCN)、鉻鋁合金、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、氮化物或硼化物，或鈦鈮合金。材料的表面硬度可以達(dá)到2500— 3400HV或更高。
[0016]利用本發(fā)明表面為陶瓷合金鍍層的耐磨鋼模板，可以加工出高亮度鏡面板、柔光板和具有浮雕圖案的板材，可以壓貼三氧化二鋁耐磨貼紙，且經(jīng)久耐用。利用本發(fā)明的鋼模板加工的對象也可以是耐磨強化地板、各種裝飾板、隔斷板等。制作耐磨鋼模板配套的不銹鋼板基材尺寸為1.22mX2.5m至2.5mX 6.5m,當(dāng)然用戶應(yīng)根據(jù)加工設(shè)備的大小選擇與尺寸匹配的耐磨鋼模板。
[0017]本發(fā)明耐磨鋼模板的制造方法，鋼模板的金屬基板表面經(jīng)潔凈處理和離子源清洗處理，用真空物理沉淀方法進(jìn)行鍍層覆蓋，金屬基板的溫度控制在150-200°C，采用包括真空離子鍍?nèi)绱趴貫R射鍍等方式；先鍍20—80納米純鈦，然后逐步加氮氣鍍氮化鈦厚度2—6微米，過度鈦鍍層20— 80納米、硬質(zhì)陶瓷合金鍍層2— 6微米，過度鈦鍍層氮化鈦成分中逐漸降低鍍材中氮的含量過渡到純鈦，在純鈦表面鍍覆硬質(zhì)陶瓷合金膜，硬質(zhì)陶瓷合金包括氮鋁鈦合金、氮化鉻、氮化鋁、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、氮化物或硼化物，或鈦鈮合金等。實測硬度2800-3400HV，膜的結(jié)合力達(dá)到1.6kgf — 2.0kgf，尤其是達(dá)到 1.8kgf一2.0kgf。
[0018]電弧鈦靶或硬質(zhì)陶瓷合金材料靶的功率控制在15—20V、80— 130A，此工藝可以降低靶面溫度，增強電磁場的旋轉(zhuǎn)速率，是獲得靶材離子納米級的有效方法，膜層均勻光亮細(xì)潔。
[0019]硬質(zhì)陶瓷合金為氮化物和硼化物:氮鋁鈦合金、氮化鉻、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、氮化物或硼化物，或鈦鈮合金等。
[0020]本發(fā)明鋼模板能更長使用周期應(yīng)用于生產(chǎn)出各種裝飾、地板等材料，尤其是大尺幅耐磨鋼模板的耐磨指標(biāo)更好，膜不會裂紋，可用于鏡面板模板的制備，無須退鉻鍍鉻返修；且本發(fā)明模壓板的生產(chǎn)過程是綠色環(huán)保的，無任何污染。該模壓板問世將減少大量返修鍍鉻的污染難題。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:硬質(zhì)陶瓷合金涂布技術(shù)已在小型工具鍍上廣泛應(yīng)用，如今該技術(shù)要在2500mmX 6500mm的大幅面鋼模板上有效應(yīng)用，是該領(lǐng)域?qū)I(yè)人士多年一直想攻克的難題，不單純是在鍍的過程中要有效管控鋼模板變形的問題還要提高鍍層優(yōu)越的結(jié)合力，降低鍍層的脆性的同時尤為重要的是還要控制提高鋼模板表面鍍層的硬度和光亮度，這是該技術(shù)攻克的難點所在。控制工件溫度在150°C—200°C以內(nèi)，可以保持板面的相對平整。加上膜層結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計，膜層韌性特別好，硬度特別高，不易崩膜，結(jié)合力提高。本發(fā)明耐磨鋼模板具有大幅面、高耐磨且表面硬度高、脆性低及經(jīng)久耐用，本發(fā)明的使用壽命可以達(dá)到和超過現(xiàn)有電鍍鉻的鋼模板使用壽命的千倍以上并徹底改變了原來鋼模板退鉻、鍍鉻、研磨、翻新工序?qū)Νh(huán)境污染的狀態(tài)，節(jié)省和減少大量人、財、物的浪費。本發(fā)明的膜表面的硬度達(dá)2500-3400HV，可以抵抗1800HV左右硬度的25— 60微米的氧化鋁顆粒的壓貼物，該耐磨鋼模板不會被損傷。本發(fā)明耐磨鋼模板耐磨試驗的結(jié)果如下:現(xiàn)有技術(shù)的鍍鉻鏡面板與鍍陶瓷合金的鏡面板，在同等條件下采用120目剛玉砂紙、壓力1000克做磨擦試驗，鍍鉻鏡面板擦一次表面就會出現(xiàn)明顯劃傷，而鍍陶瓷合金的鏡面板磨擦10000次，表面未見劃傷的痕跡。本發(fā)明解決了鋼模板耐磨之難題，是一種壽命延長成百倍的大尺幅耐磨鋼模板。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]金屬基板I上依次設(shè)有鈦鍍層2、氮化鈦鍍層3、過渡鈦鍍層4、硬質(zhì)陶瓷合金鍍層
5。鈦鍍層、氮化鈦鍍層、過渡鈦鍍層、硬質(zhì)陶瓷合金鍍層的厚度分別為20—80納米，尤其是控制在50納米左右、2—6微米，20—80納米、2— 6微米。實測該陶瓷合金鍍層與鋼板的結(jié)合力達(dá)I。8 — 2kgf，硬度達(dá)2500— 3400HV，而且有很好的柔性，可以抵抗25— 60微米的氧化鋁顆粒的壓貼物而該耐磨鋼模板不會被損傷。
[0024]實施例1，本發(fā)明的制備方法，先鍍0.08微米純鈦，然后逐步加氮氣鍍氮化鈦達(dá)2或4微米均可，過渡鈦鍍層即氮化鈦過渡到純鈦0.08微米(通過調(diào)節(jié)真空中氮氣的量逐漸降低，保持鈦源的蒸發(fā))，再在純鈦上鍍硬質(zhì)陶瓷合金，如氮鋁鈦至需要厚度2或5微米，實測硬度為2500— 2800HV，結(jié)合力1.6kgf — 2.0kgf。不銹鋼基板和靶材的溫度在160攝氏度。
[0025]以上硬質(zhì)陶瓷合金為氮化物和硼化物:氮鋁鈦合金、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化錯合金、硼化鈦合金、鈦銀合金。
[0026]硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、鈦鈮合金可制備成合金靶材，也可以每種金屬置一靶源的多靶離子鍍設(shè)備。
[0027]實施例2，本發(fā)明的制備方法，先進(jìn)行真空條件下離子清洗5-15分鐘再進(jìn)行物理鍍，仍鍍O。08微米純鈦，然后鍍3微米氮化鈦，再后鍍O。15微米氮化鈦過渡層至純鈦，再鍍硼化鈦至3微米厚度硬質(zhì)合金，結(jié)合力2kgf，實測硬度2600— 2800HV。不銹鋼基板和靶材的溫度在180攝氏度。
[0028]實施例3，本發(fā)明大尺幅高耐磨模壓板的制備方法，采用不銹鋼基板，不銹鋼板基材尺寸為2。5mX6。5m，離子清潔后經(jīng)氮化表面處理硬度達(dá)900HV，干燥后固定工件移動靶材或固定靶材移動工件；真空離子膜的靶材可以是管狀靶；鍍膜過程工件的溫差控制不銹鋼基板和靶材的溫度控制的溫度差小于50攝氏度，不銹鋼基板和靶材的溫度在150攝氏度，降溫后完成一層膜的生長；下一層膜的施鍍從控制不銹鋼基板和靶材的溫度在200攝氏度實現(xiàn)。硬質(zhì)合金為鈦鈮合金，3-6微米即可，表面硬度3000— 3400HV。
[0029]模壓板鍍膜后的光澤度與基板的光澤有關(guān)，鍍膜后的模壓板必要時可以進(jìn)行拋光處理。拋光材料可以用Wl—WlO的金剛石磨片、W5 — W35鋯剛玉磨片或氧化鋁磨片。
[0030]硬質(zhì)合金鍍層由多層疊加而成，每層是指靶或工件的一次移動(往返移動成一個周期)，一個移動周期寬度的膜厚度控制在≤0.08微米，一次移動膜厚0.02微米左右。
[0031]鍍硬質(zhì)合金時可以是硼化鈦和氮化鈦每個周期或幾個周期的規(guī)律進(jìn)行交替鍍，共同鍍成3-5微米。
[0032]本發(fā)明的耐磨鋼模板的制造方法:各種規(guī)格鋼模板基板經(jīng)過超聲波清洗，離子蝕亥IJ、徹底清潔鋼模板基板表面，通過電弧離子鍍和磁控濺射、等離子濺射等手段和先進(jìn)的多層疊加鍍膜工藝，并有效控制鋼模板在加工過程中受熱變形，鋼模板經(jīng)過多種涂覆工藝的處理獲得表面具有 5-12微米厚鍍層的硬質(zhì)陶瓷合金的耐磨鋼模板。靶源的電弧功率控制在 15 — 20V、80— 180A。電磁線圈控制在 15V — 20V、I一4A。
[0033]硬質(zhì)合金的實施例如下:鉻鋁合金HV3000——3200,鈦鈮合金HV3200——3400，硼化鈦合金HV2600——2800,硼化鋯合金HV2800——3000,硼化鎢合金HV2300——2500。磁控濺射的功率控制在60KW450— 500V。
[0034]本發(fā)明耐磨鋼模 板的制造方法，鋼模板的金屬基板表面經(jīng)潔凈處理和離子源清洗處理，用真空物理沉淀方法進(jìn)行鍍層覆蓋，金屬基板的溫度控制在150-200°C，采用包括真空離子鍍?nèi)绱趴貫R射鍍等方式；先鍍50—150納米純鈦，然后逐步加氮氣鍍氮化鈦厚度2—6微米，過度鈦鍍層50—150納米、硬質(zhì)陶瓷合金鍍層2— 6微米，過度鈦鍍層氮化鈦成分中逐漸降低鍍材中氮的含量過渡到純鈦，在純鈦表面鍍覆硬質(zhì)陶瓷合金膜，硬質(zhì)陶瓷合金為包括氮鋁鈦合金、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、鈦鈮合金等。實測硬度2500— 3400HV，膜的結(jié)合力達(dá)到1.6gf — 2kgf。
[0035]電弧鈦靶的電磁線圈功率控制在15 — 20V、I一4A，冷卻循環(huán)水溫控制在≤12°C。電弧鈦靶的功率控制在15 — 20V、80— 130A，此工藝可以降低靶面溫度，增強電磁場的旋轉(zhuǎn)速率，是獲得靶材離子納米級的有效方法，膜層均勻光亮細(xì)潔。
[0036]硬質(zhì)陶瓷合金為氮鋁鈦合金、氮化鉻、氮化鋁、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、氮化物或硼化物，或鈦鈮合金等。實測硬度2800-3400HV，膜的結(jié)合力達(dá)到
1.6kgf—2.0kgf，尤其是 1.8kgf—2.0kgf。
[0037]雙面都涂有硬質(zhì)陶瓷硬質(zhì)合金鍍層，可以雙面使用，也可以單面使用。
[0038]采用現(xiàn)有的多弧型離子鍍膜機，其鍍膜室為平面(矩型)鍍膜腔室，因工件面積大，故工件或靶在鍍室中是往復(fù)運動的，每運動一個周期鍍一層膜，箱體兩壁均裝有電弧靶和磁控濺射靶。鍍膜室內(nèi)裝有加熱器，鍍膜室頂部裝有傳動裝置。這種鍍膜機裝機容量大，適用于鍍制不銹鋼板及其制品等。
[0039]離子鍍以TiAl為例，TiAl電弧離子鍍可采用如TiAl合金靶材和T1、Al獨立靶材制備了 TiAlN硬質(zhì)膜層。TiAl合金靶材和T1、Al組合靶制備的TiAlN膜層均顯著提高了TC4合金表面的硬度、承載能力、抗滑動磨損和耐固體粒子沖刷磨損性能，但是TiAl合金靶制備的TiAlN膜層晶粒更為細(xì)致。本發(fā)明以上實施例以上膜層全是多層疊加而成，每鍍一層厚度≤0.08微米。除清洗烘干溫度為200°C左右，鍍膜溫度控制在150°C左右。靶材冷卻水溫度控制在12°C左右。氮鋁鈦合金、氮化鉻等氮化物時通過膜室中充有氮氣及使用鋁鈦合金靶或鉻靶。
[0040]電弧離子鍍涂層系統(tǒng)，分子泵通過抽氣口對真空室進(jìn)行抽氣。真空室內(nèi)壁為靶材，真空室外面用線圈作電磁場，當(dāng)工作時，等離子體被緊密的束縛在真空室中，工件完全浸沒在等離子體中。自動控制電磁場的電弧靶可提供高度離化的金屬離子，大幅度提高涂層效率。
[0041]本發(fā)明的硬度的測量采用HV-1000ZDT自動轉(zhuǎn)塔顯微硬度計。測量范圍1-4000HV。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.耐磨鋼模板，其特征是在金屬基板上依次鍍有鈦鍍層、氮化鈦鍍層、過度鈦鍍層、陶瓷合金鍍層；金屬基平板的長與寬尺寸是2.5-6.5米和1.22-2.5米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼模板，其特征是鈦鍍層、氮化鈦鍍層、過度鈦鍍層、陶瓷合金鍍層的厚度分別為20— 80納米、2— 6微米、20— 80納米、2— 6微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐磨鋼模板，其特征是在陶瓷合金鍍層表面再鍍鈦鍍層和陶瓷合金鍍層，鈦鍍層和陶瓷合金鍍層的厚度分別為100— 350納米和2— 6微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的耐磨鋼模板，其特征為鋼模板上所涂的硬質(zhì)陶瓷合金為氮化物和硼化物，材料的表面硬度達(dá)到2500— 3400HV或更高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的耐磨鋼模板的制造方法，其特征是鋼模板的金屬基板表面經(jīng)潔凈處理和離子源清洗處理，用真空物理沉淀方法進(jìn)行鍍層覆蓋，金屬基板的溫度控制在150-20(TC ;先鍍20— 80納米純鈦，然后逐步加氮氣鍍氮化鈦厚度2— 6微米，過度鈦鍍層20—80納米、硬質(zhì)陶瓷合金鍍層2—6微米，過度鈦鍍層氮化鈦成分中逐漸降低鍍材中氮的含量過渡到純鈦，在純鈦表面鍍覆硬質(zhì)陶瓷合金膜，硬質(zhì)陶瓷合金為包括氮鋁鈦合金、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、鈦鈮合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐磨鋼模板的制造方法，其特征是在上述鍍層上進(jìn)行物理鍍，仍鍍0.1-0.15微米純鈦，再鍍硬質(zhì)陶瓷合金，硬質(zhì)陶瓷合金為氮化物和硼化物:氮鋁鈦合金、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金、鈦鈮合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐磨鋼模板的制造方法，其特征是鋼模板雙面都鍍有鍍層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐磨鋼模板的制造方法，其特征是硬質(zhì)合金鍍層由多層疊加而成，每層厚度控制在< 0.08微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐磨鋼模板的制造方法，其特征是硬質(zhì)合金鍍層氮鋁鈦合金、氮化鉻、氮化鋁、氮鉻鋁合金、硼化鎢合金、硼化鋯合金、硼化鈦合金或鈦鈮合金。
【文檔編號】B27D3/00GK103659954SQ201410001851
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】王梁, 王涌, 王敬達(dá) 申請人:王梁