專利名稱：一種壓鑄用模具制備方法
一種壓鑄用模具制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓鑄用模具制備方法。背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬壓鑄模具在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，手機作為新近發(fā)展起來的通迅產(chǎn)品，其外殼也大量的在使用金屬壓鑄模具來制造。一般而言，壓鑄模具都是在較高的工作溫度下工作的。工作時，需要將熔融的金屬液以高壓高速的方式注入模具的型腔內(nèi)，這將不可避免地對模具型腔的表面進行激烈的沖擊和沖刷，時間一長就會使模具受到腐蝕和磨損。比如鎂合金溶液溫度高達630-650攝氏度，鎂合金壓鑄模在高溫金屬流的高速沖擊下，型腔表面會出現(xiàn)顆粒狀或區(qū)域性的沖蝕，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量，特別是生產(chǎn)一些外觀裝飾件，也降低了模具的壽命。因此，延緩鎂合金壓鑄模沖蝕，提高模具壽命，是降低壓鑄產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品表面質(zhì)量的有效途徑?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了一種在模具鋼H13的表面得到了 TiBN和TiBN/TiN復合膜層， 此類復合膜層提高了模具鋼的耐磨和耐熱性。但是，這種復合膜制備復雜，制備成本較高， 且膜層和底材模具鋼的結(jié)合力不夠，膜層強度較低；致使該膜層不適合長期在高速沖擊下使用。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的膜層與底材結(jié)合力不夠的問題。本發(fā)明提供一種壓鑄用模具制備方法，在經(jīng)過前處理的熱作模具鋼表面物理氣相沉積(PVD)至少一層TiBN，所述前處理依次包括脫脂、清洗，在清洗之后還在真空除氣箱內(nèi)進行除氣干燥，所述除氣干燥條件為100 200°C，抽真空至5 10Pa，除氣時間為30 60mino本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，在壓鑄模表面進行PVD處理，對膜層的性能要求較高，且PVD工藝過程較難控制。發(fā)明人通過多種涂層實驗例如CrN、TiN, TiAlN, AlCrN, TiBN,發(fā)現(xiàn)TiBN能明顯提高模具壽命。且PVD工藝較難控制，雖然現(xiàn)有的PVD工藝在鍍之前鍍腔都會抽真空加熱，但是這樣會使待鍍件表面的水分和雜質(zhì)部分殘留在PVD的鍍腔內(nèi)，影響耙材及工件的表面清潔度，導致后續(xù)鍍層的效果不穩(wěn)定，進而使鍍層和基材的結(jié)合力較差，在壓鑄過程中經(jīng)高溫合金液高速沖擊數(shù)次后出現(xiàn)鍍層部分剝落的現(xiàn)象。而且， 本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的PVD工藝在鍍之前鍍腔抽真空加熱的時間一般較短，很難使待鍍件表面達到徹底干燥，這也會影響到鍍層與基材的結(jié)合力。熱作模具鋼的表面沉積TiN 需要大于500攝氏度的高溫，且不易附著，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，只要經(jīng)過上述的真空除氣干燥步驟，在模具上鍍一層TiBN鍍層時，可以使得到的鍍層與基材的結(jié)合力得到大幅提高，且B的加入，使涂層的硬度提高。本發(fā)明制備得到的壓鑄模具，適用于耐受大于600度的高溫情形，例如，可以用于鎂合金壓鑄模具。本發(fā)明制備得到的壓鑄用模具，在鎂合金薄壁件壓鑄過程中，經(jīng)過8萬次壓射，模具表面仍無任何缺陷，在相同的熱作鋼基材上的鍍層為TiN或TiAlN層(如對比例2或?qū)Ρ壤玫膲鸿T用模具經(jīng)4-5萬次壓射后就會出現(xiàn)表面沖蝕。因此，本發(fā)明的發(fā)明人將待鍍件的表面處理置于單獨的真空除氣箱內(nèi)進行除氣干燥，經(jīng)過單獨的除氣干燥處理，可以使待鍍件的表面干燥無雜質(zhì)，進而使得鍍層與基材(即熱作模具鋼)的表面結(jié)合力大大提高；且TiBN鍍層硬度高，韌性好，延緩了模具表面沖蝕， 進而提高了產(chǎn)品表面質(zhì)量和模具壽命。
具體實施方式
本發(fā)明公開了一種壓鑄用模具制備方法，在經(jīng)過前處理的熱作模具鋼表面物理氣相沉積至少一層TiBN，所述前處理依次包括脫脂、清洗，在清洗之后還在真空除氣箱內(nèi)進行除氣干燥，所述除氣干燥條件為100 200°C，抽真空至5 10Pa，除氣時間為30 60min。 本發(fā)明制備得到的壓鑄模具，適用于耐受大于600度的高溫情形，例如，所述的壓鑄用模具可以為用于壓鑄鎂合金的模具。所述脫脂為在脫脂劑中浸泡3-5分鐘，所述脫脂劑的PH值為11-12，溫度控制為 30 60 。所述脫脂劑為本領(lǐng)域的技術(shù)人員常見的硅酸鹽脫脂劑，可商購，具體型號為 Ridoline 53S，脫脂劑為常規(guī)堿性除油硅酸鹽脫脂劑，溫度控制在30 60°C，時間控制在 3 5min0所述清洗為在水中超聲波清洗3-10分鐘。所述物理氣相沉積為磁控濺射，所述磁控濺射的條件為本領(lǐng)域的技術(shù)人員常見的條件，優(yōu)選為，所述形成TiBN膜層的磁控濺射條件包括，電源為恒功率電源，電源的功率為 300-3000W ；濺射時間為160-240min，偏壓為負偏壓70-120V，占空比為15-90 %，磁控濺射的氣氛為惰性氣體氣氛，反應(yīng)氣體為氮氣。優(yōu)選地，所述物理氣相沉積層TiBN的厚度為2. 5 3 μ m。TiBN的厚度太薄，膜層不致密，硬度較低，鍍層厚度太厚，韌性較低。優(yōu)選地，所述TiBN膜中，以B和Ti的原子摩爾總量為基準，B的含量為64_68%。 當B的含量在該優(yōu)選范圍內(nèi)時，制作的TiBN膜的硬度和韌性均可以達到比較理想的值， 因為硬度太高，膜的韌性不足；硬度較低，膜的韌性會比較好，因此，為尋找硬度和韌性均達到比較的好地范圍，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，在上述B的含量為64-68%時，膜的韌性和硬度可以達到比較好的平衡。將靶的成分控制在TiBu TiBu這間，即B含量在 64% -68%之間，鈀材可商購。上述惰性氣體為本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的各種惰性氣體，所述惰性氣體優(yōu)選為氬氣，所述氮氣與氬氣的流量比為1 1.5-2.5。工作氣體采用氬氣，純度為99. 99%，反應(yīng)氣體采用氮氣，純度為99. 99%。氬氣的流量為20_90sccm，氮氣的流量為10_80sccm。優(yōu)選的，在濺射之前對模具進行放電清洗處理的步驟，以提高表面的潔凈度。放電清洗處理條件包括氣壓為0.001-5. OPa，偏壓為負壓300-450V，占空比為 20-70%，時間為 5-20min。下面詳細介紹本發(fā)明的具體技術(shù)方案
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制備上述涂層包括以下具體步驟1、將需要鍍膜的工件放入脫脂槽中進行脫脂，脫脂劑為Ridoline 53S，溫度控制在30 60°C，時間控制在3 5min。2、將脫脂處理完的工件放入超聲波清洗槽中進行超聲波清洗，清洗介質(zhì)為純水， 清洗時間控制在3 IOmin。3、將清洗完的工件放入真空除氣箱內(nèi)進行除氣干燥，加熱至100 200°C，抽真空至5 10Pa，除氣時間為30 60min，除去超聲波清洗未能除去的雜質(zhì)及水分。4、采用PVD真空離子鍍膜設(shè)備，真空室頂部放置TB2靶，真空室下方中部為放置工件的可旋轉(zhuǎn)工作臺。工作氣體采用氬氣，純度為99. 99%，反應(yīng)氣體采用氮氣，純度為 99.99%。打開離子鍍膜機真空室工作門，將除氣干燥后的工件放在工作平臺上，需要鍍膜的面朝上。5、關(guān)上工作門，打開抽真空程序，將真空度抽至小于等于O.OlPa，將工作臺旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為3 4轉(zhuǎn)/分，輻射加熱工件至150 250°C，通入氬氣。氬氣的流量為20-90sCCm。6、采用300 450V負偏壓，對工件及靶材進行放電清洗3 5分鐘。7、向真空室內(nèi)通入氮氣，采用70 120V負偏壓，!！化靶材電流為25 35A，對工件的表面沉積TiBN層，沉積時間為160 240分鐘。氮氣的流量為10-80sCCm。8、待工件冷卻后，打開工作門，取出工件。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1本實施例用于說明本發(fā)明提供的模具制備方法。選用商購的型號為Dievar的熱作模具鋼制備成鎂合金手機外殼薄壁件壓鑄模仁，將該模仁置于脫脂劑中浸泡3分鐘，脫脂劑為Ridoline 53S，溫度控制在40°C，。再在純凈水中超聲波清洗4分鐘，放入真空除氣箱內(nèi)進行除氣干燥，加熱至110°C，抽真空至10 ， 除氣30min。采用PVD真空離子鍍膜設(shè)備，真空室頂部放置TiB2靶，真空室下方中部為放置工件的可旋轉(zhuǎn)工作臺。工作氣體采用氬氣，純度為99. 99%，反應(yīng)氣體采用氮氣，純度為 99.99%。打開離子鍍膜機真空室工作門，將除氣干燥后的工件放在工作平臺上，需要鍍膜的面朝上。關(guān)上工作門，打開抽真空程序，將真空度抽至O.OlPa，將工作臺旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為3 轉(zhuǎn)/分，輻射加熱工件至150°C，通入氬氣。氬氣的流量為40sCCm。采用300V負偏壓，對工件及靶材進行放電清洗5分鐘。向真空室內(nèi)通入氮氣，氮氣的流量為20sCCm，采用70V負偏壓，TiB2靶材電流為 35A，對模仁的表面沉積TiBN層，沉積時間為180分鐘。待模仁冷卻后，打開工作門，取出得到模仁Al。實施例2 本實施例用于說明本發(fā)明提供的模具制備方法。與實施例1的區(qū)別在于，除氣干燥的條件為200°C，抽真空至5Pa，除氣時間為 60min。得到模仁A2。實施例3 本實施例用于說明本發(fā)明提供的模具制備方法。
與實施例1的區(qū)別在于，不含有放電清洗步驟。得到模仁A3。實施例4 本實施例用于說明本發(fā)明提供的模具制備方法。與實施例1的區(qū)別在于，鍍TiBN層時氮氣的流量為30SCCm，采用120V負偏壓。得到模仁A4。對比例1本對比例用于說明現(xiàn)有技術(shù)中的模具制備方法。與實施例1的區(qū)別在于不含有真空除氣干燥步驟，但是，放電清洗前，通入氬氣后，等待10分鐘后再進行放電清洗。得到模仁D1。對比例2本對比例用于說明現(xiàn)有技術(shù)中的模具制備方法。與實施例1的區(qū)別在于采用的靶材為Ti，得到的膜層為TiN膜。得到模仁D2。對比例3本對比例用于說明現(xiàn)有技術(shù)中的模具制備方法。與實施例1的區(qū)別在于采用的靶材為Ti靶和Al靶，得到的膜層為TiAlN膜。得到模仁D3。性能測試本專利中涉及的性能有硬度、膜厚、結(jié)合力、韌性，其中膜厚通過奧林巴斯JX-51 金相顯微鏡測得，硬度通過HM2000微納米硬度計測得。1、鍍膜厚度奧林巴斯JX-51金相顯微鏡(放大倍數(shù)為400倍)測得模仁A1_A4，D1-D3的鍍層
厚度；2、鍍膜硬度通過HM2000微納米硬度計測得模仁A1_A4，D1-D3的硬度；3、鍍膜和基材的結(jié)合力測試采用上述實施例或者對比例制備得到的模仁用于鎂合金壓鑄，鎖模力為200噸的熱室壓鑄機，壓鑄時的鎂合金熔液的溫度為640度，內(nèi)澆品速度為90m/s ；重復上述條件進行壓鑄，分別統(tǒng)計模仁A1-A4，D1-D3出現(xiàn)沖蝕時的壓鑄次數(shù)。壓鑄次數(shù)越多，說明鍍層和基材的結(jié)合力越好，同時也反應(yīng)出鍍層的硬度和韌性較好。4、鍍層耐熱溫度采用鎂合金熔液的溫度為800度，將合金液手動澆注在模仁A1-A4，D1-D3有型腔表面，肉眼觀察模仁A1-A4，D1-D3表面的鍍層是否脫落。具體的測試結(jié)果見下表1所示表 權(quán)利要求
1.一種壓鑄用模具制備方法，在經(jīng)過前處理的熱作模具鋼表面物理氣相沉積至少一層 TiBN，所述前處理依次包括脫脂、清洗，其特征在于，在清洗之后還在真空除氣箱內(nèi)進行除氣干燥，所述除氣干燥條件為100 200°C，抽真空至5 10Pa，除氣時間為30 60min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于所述的壓鑄用模具為用于壓鑄鎂合金的模具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于所述脫脂為在脫脂劑中浸泡3-5分鐘，所述脫脂劑的PH值為11-12，溫度為30 60°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于所述脫脂劑為硅酸鹽脫脂劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于所述清洗為在水中超聲波清洗3-10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于所述物理氣相沉積為磁控濺射，所述磁控濺射條件包括，電源為恒功率電源，電源的功率為300-3000W ；濺射時間為160-240min，偏壓為負偏壓70-120V，占空比為15-90 %，磁控濺射的氣氛為惰性氣體氣氛，反應(yīng)氣體為氮氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于所述物理氣相沉積層 TiBN的厚度為2. 5 3μπι。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于所述TiBN膜中，以B和 Ti的原子摩爾總量為基準，B的含量為64-68%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于，所述惰性氣體為氬氣，所述氮氣與氬氣的流量比為1 1.5-2.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于，氬氣的流量為 20-90sccm，氮氣的流量為 10_80sccm。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于，還包括在濺射之前對模具進行放電清洗處理的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓鑄用模具制備方法，其特征在于，放電清洗處理條件包括氣壓為0. 001-5. OPa，偏壓為負壓300-450V,占空比為20-70%，時間為5_20min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓鑄用模具制備方法，在經(jīng)過前處理的熱作模具鋼表面物理氣相沉積至少一層TiBN，所述前處理依次包括脫脂、清洗，在清洗之后還在真空除氣箱內(nèi)進行除氣干燥，所述除氣干燥條件為100～200℃，抽真空至5～10Pa，除氣時間為30～60min。得到的鍍層與基材的結(jié)合力得到大幅提高，延緩了模具表面沖蝕，進而提高了產(chǎn)品表面質(zhì)量和模具壽命。
文檔編號B22D17/22GK102453861SQ201010528870
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者楊春花 申請人:比亞迪股份有限公司