專(zhuān)利名稱：工模具的高熵合金涂層制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工模具上的涂層制備技術(shù)，尤其涉及一種工模具的高熵合金涂層制備工藝。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，難加工材料、模具以及有些產(chǎn)品無(wú)切削液的加工要求，導(dǎo)致在高速切削、重切削及工件溫度升溫極快的加工環(huán)境下，易產(chǎn)生高溫而導(dǎo)致刀具加速磨損、崩刃或造成刀具損傷以及模具表面磨損嚴(yán)重等，降低工模具使用壽命以及工模具表面粗糙度很差等現(xiàn)象。近年來(lái)，刀具、模具涂層技術(shù)發(fā)展迅速，工模具材料與納米結(jié)構(gòu)涂層技術(shù)相結(jié)合，使刀具的加工范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，涂層工模具材料為高速切削、硬切削、干切削和反復(fù)摩擦磨損的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件。目前常用的涂層材料為T(mén)iC、TiN, Ti (C，N)、TiAlN系列，雖然此類(lèi)涂層高溫穩(wěn)定性好且與基體有著較高的結(jié)合強(qiáng)度，但是這種涂層的硬度、耐磨性及韌性與硬質(zhì)合金相比還相差很多，在大規(guī)模生產(chǎn)中還存在許多技術(shù)難題有待解決，其中包括厚膜本身的強(qiáng)度以及厚膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供 一種能在保證涂層良好的高溫穩(wěn)定性以及與基體有著較高的結(jié)合強(qiáng)度的情況下，涂層的硬度、耐磨性及韌性都有明顯提高的工模具的高熵合金涂層制備工藝。為了解決這一技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種工模具的高熵合金涂層制備工藝，首先，將鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)以等摩爾比例配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一個(gè)單一元素材料為靶材，采用射頻磁控濺射法在一個(gè)硬質(zhì)合金基體上濺鍍高熵合金氮化物薄膜涂層；最后，將所述高熵合金氮化物薄膜涂層放入一個(gè)空氣氣氛爐中，在所述空氣氣氛爐中在500至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其氧化I小時(shí)后，再通入氮?dú)庠?00至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行I小時(shí)的熱處理。在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層。所述單一元素材料為鑰(Mo)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)
xMoyN0在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層，所述中間層為鈦(Ti)材料。所述單一元素材料為鋁(Al)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)
xAlyN。在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層，所述中間層為鉻(Cr)材料。所述單一元素材料為硅(Si)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)
xSiyN。在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層，所述中間層為高熵合金材料。在配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料時(shí)，利用真空電弧熔煉方式反復(fù)熔煉4至5次進(jìn)行制備。本發(fā)明采用了以NiCoFeCrTi為靶材，采用磁控濺射-共濺射法在硬質(zhì)合金基體上濺鍍高熵合金氮化物薄膜涂層。提供了一種能在保證涂層良好的高溫穩(wěn)定性以及與基體有著較高的結(jié)合強(qiáng)度的情況下，涂層的硬度、耐磨性及韌性都有明顯提高的工模具的高熵合金涂層制備工藝。
具體實(shí)施例方式以下將通過(guò)三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的工模具的高熵合金涂層制備工藝進(jìn)行詳細(xì)的描述，其為本發(fā)明可選的實(shí)施例，可以認(rèn)為，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)公知的常識(shí)，在不改變本發(fā)明的精神和內(nèi)容的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行修改和潤(rùn)色。

實(shí)施例1在本實(shí)施例中，首先，將鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)以等摩爾比例配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料，在配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料時(shí)，利用真空電弧熔煉方式反復(fù)熔煉4至5次進(jìn)行制備。然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一個(gè)單一元素材料為靶材，采用射頻磁控濺射法在一個(gè)硬質(zhì)合金基體上濺鍍高熵合金氮化物薄膜涂層，此過(guò)程可嘗試在不同功率、基片溫度及不同氮?dú)饬髁康膮?shù)下，具體的參數(shù)數(shù)據(jù)可以通過(guò)有限次實(shí)驗(yàn)獲得；在本實(shí)施例中，所述單一元素材料為鑰(Mo)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)xMoyN，其中 0〈x〈l，0〈y〈l。在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層。在此基礎(chǔ)上本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以采用不同工藝參數(shù)和氮?dú)饬髁抗矠R高熵合金薄膜，分析中間層種類(lèi)以及厚度對(duì)薄膜殘余應(yīng)力以及薄膜附著力的影響規(guī)律，探討提高薄膜附著力的工藝條件，從而通過(guò)有限次實(shí)驗(yàn)與測(cè)試獲得最佳的工藝條件標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)施例中，所述中間層為鈦(Ti)材料，厚度為10-100納米。最后,將所述高熵合金氮化物薄膜涂層放入一個(gè)空氣氣氛爐中，在所述空氣氣氛爐中在500至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其氧化I小時(shí)后，再通入氮?dú)庠?00至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行I小時(shí)的熱處理。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，首先，將鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)以等摩爾比例配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料，在配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料時(shí)，利用真空電弧熔煉方式反復(fù)熔煉4至5次進(jìn)行制備。然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一個(gè)單一元素材料為靶材，采用射頻磁控濺射法在一個(gè)硬質(zhì)合金基體上濺鍍高熵合金氮化物薄膜涂層，此過(guò)程可嘗試在不同功率、基片溫度及不同氮?dú)饬髁康膮?shù)下，具體的參數(shù)數(shù)據(jù)可以通過(guò)有限次實(shí)驗(yàn)獲得；在本實(shí)施例中，所述單一元素材料為鋁(Al)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)xAlyN，其中 0〈x〈l，0〈y〈l。在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層。在此基礎(chǔ)上本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以采用不同工藝參數(shù)和氮?dú)饬髁抗矠R高熵合金薄膜，分析中間層種類(lèi)以及厚度對(duì)薄膜殘余應(yīng)力以及薄膜附著力的影響規(guī)律，探討提高薄膜附著力的工藝條件，從而通過(guò)有限次實(shí)驗(yàn)與測(cè)試獲得最佳的工藝條件標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)施例中，所述中間層為鉻(Cr)材料，厚度為50-500納米。最后,將所述高熵合金氮化物薄膜涂層放入一個(gè)空氣氣氛爐中，在所述空氣氣氛爐中在500至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其氧化I小時(shí)后，再通入氮?dú)庠?00至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行I小時(shí)的熱處理。所以，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別主要在于所述單一元素材料為鋁(Al)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)xAlyN，其中0〈x〈l，0〈y〈l。所述中間層為鉻(Cr)材料。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，首先，將鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)以等摩爾比例配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料，在配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料時(shí)，利用真空電弧熔煉方式反復(fù)熔煉4至5次進(jìn)行制備。然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一個(gè)單一元素材料為靶材，采用射頻磁控濺射法在一個(gè)硬質(zhì)合金基體上濺鍍高熵合金氮化物薄膜涂層，此過(guò)程可嘗試在不同功率、基片溫度及不同氮?dú)饬髁康膮?shù)下，`具體的參數(shù)數(shù)據(jù)可以通過(guò)有限次實(shí)驗(yàn)獲得；在本實(shí)施例中，所述單一元素材料為硅(Si)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)xSiyN，其中 0〈x〈l，0〈y〈l。在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層。在此基礎(chǔ)上本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以采用不同工藝參數(shù)和氮?dú)饬髁抗矠R高熵合金薄膜，分析中間層種類(lèi)以及厚度對(duì)薄膜殘余應(yīng)力以及薄膜附著力的影響規(guī)律，探討提高薄膜附著力的工藝條件，從而通過(guò)有限次實(shí)驗(yàn)與測(cè)試獲得最佳的工藝條件標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)施例中，所述中間層為高熵合金材料材料，厚度為10-50納米。最后,將所述高熵合金氮化物薄膜涂層放入一個(gè)空氣氣氛爐中，在所述空氣氣氛爐中在500至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其氧化I小時(shí)后，再通入氮?dú)庠?00至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行I小時(shí)的熱處理。所以，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別主要在于所述單一元素材料為硅(Si)，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi)xSiyN，其中0〈x〈l，0〈y〈l。所述中間層為高熵合金材料，其可以為本實(shí)施例中的將鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)以等摩爾比例配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料，也可以為其他高熵合金材料。綜上所述，本發(fā)明以NiCoFeCrTi為靶材，采用磁控濺射-共濺射法，在硬質(zhì)合金材料基體上制備(NiCoFeCrTi ) xMoyN、(NiCoFeCrTi ) xAlyN、(NiCoFeCrTi ) xSiyN 等高熵合金氮化物薄膜，在此基礎(chǔ)上本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以探討薄膜特性與微結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；研究濺鍍電壓、溫度等工藝參數(shù)以及中間過(guò)渡層對(duì)薄膜特性的影響；在氧氣及氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行高溫?zé)崽幚?，研究不同薄膜的熱穩(wěn)定性，并分析不同工藝下制備的薄膜微結(jié)構(gòu)、涂層與基體結(jié)構(gòu)對(duì)切削加工性能以及摩擦磨損性能的影響，從而得到了最佳的加工工藝。提供了一種能在保證涂層良好的高溫穩(wěn)定性以及與基體有著較高的結(jié)合強(qiáng)度的情況下，涂層的硬度、耐磨性及韌性 都有明顯提高的工模具的高熵合金涂層制備工藝。
權(quán)利要求
1.一種工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:首先，將鎳、鈷、鐵、鉻、鈦以等摩爾比例配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一個(gè)單一元素材料為靶材，采用射頻磁控濺射法在一個(gè)硬質(zhì)合金基體上濺鍍高熵合金氮化物薄膜涂層；最后，將所述高熵合金氮化物薄膜涂層放入一個(gè)空氣氣氛爐中，所述空氣氣氛爐中在500至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其氧化I小時(shí)后，再通入氮?dú)獠⒃?00至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行I小時(shí)的熱處理。
2.如權(quán)利要求1所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層。
3.如權(quán)利要求1所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:所述單一元素材料為鑰，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi) xMoyN。
4.如權(quán)利要求3所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層，所述中間層為鈦材料。
5.如權(quán)利要求1所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:所述單一元素材料為鋁，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi) xAlyN。
6.如權(quán)利要求5所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層，所述中間層為鉻材料。
7.如權(quán)利要求1所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:所述單一元素材料為硅，所述高熵合金氮化物薄膜涂層為(NiCoFeCrTi) xSiyN。
8.如權(quán)利要求7所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:在硬質(zhì)合金基體上賤鍍高熵合金氮化物薄膜涂層前，先在所述硬質(zhì)合金基體上預(yù)先鍍上一層中間層，所述中間層為高熵合金材料。
9.如權(quán)利要求1所述的工模具的高熵合金涂層制備工藝，其特征在于:在配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料時(shí)，利用真空電弧熔煉方式反復(fù)熔煉4至5次進(jìn)行制備。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種工模具的高熵合金涂層制備工藝，首先，將Ni、Co、Fe、Cr、Ti以等摩爾比例配置制備N(xiāo)iCoFeCrTi高熵合金材料；然后，以所述NiCoFeCrTi高熵合金材料和一個(gè)單一元素材料為靶材，采用射頻磁控濺射法在一個(gè)硬質(zhì)合金基體上濺鍍高熵合金氮化物薄膜涂層；最后，將所述高熵合金氮化物薄膜涂層放入一個(gè)空氣氣氛爐中，在所述空氣氣氛爐中在500至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其氧化1小時(shí)后，再通入氮?dú)庠?00至1000攝氏度的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。本發(fā)明提供了一種能在保證涂層良好的高溫穩(wěn)定性以及與基體有著較高的結(jié)合強(qiáng)度的情況下，涂層的硬度、耐磨性及韌性都有明顯提高的工模具的高熵合金涂層制備工藝。
文檔編號(hào)C23C14/58GK103173716SQ201310129638
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者李榮斌, 孫勇毅, 汪龍 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院