[发明专利]用于在挤压工具上生成涂层的方法有效

专利信息
申请号: 201180072984.9 申请日: 2011-12-29
公开(公告)号: CN103748264A 公开(公告)日: 2014-04-23
发明(设计)人: J.梅尔;O.梅尔;W.伯金;H.霍尔兹舒 申请(专利权)人: WEFA辛根有限责任公司
主分类号: C23C16/36 分类号: C23C16/36;B21C25/02
代理公司: 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人: 侯宇
地址: 德国*** 国省代码: 德国;DE
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摘要:
搜索关键词: 用于 挤压 工具 生成 涂层 方法
【说明书】:

本发明涉及挤压技术的领域,其中涉及一种在挤压工具上生成涂层的方法。适用的挤压金属、典型的是铝合金在高压下通过由挤压工具至少部分限定的开口被挤压,在这种挤压过程中和在穿过工具时具有可延展的、粘稠的坚固性,并且因此按照挤压工具的造型形成合适的、也可以是复杂的形态。

也由于挤压技术的特殊情况、即可延展的挤压金属在较大压力和较高温度下缓慢地流过(静止、固定的)工具表面,因此对工具的造型或对用于工具的金属(基体)提出特殊的要求。一方面要确保特别耐磨的表面、尤其是与挤压金属接触的区域,这典型地通过合适的、提高表面硬度的涂层或表面处理(渗氮等)实现。另一方面挤压的特殊条件以及挤压型廓的特殊几何形状(长的舌形结构、薄的接片)要求工具的明确的延展性,因此例如禁止使用特别硬的(但是脆的)材料,如硬质金属或高速钢。此外较高的在500℃-640℃之间的使用温度对所用钢的回火稳定性和持久耐热性提出更高的要求,这排除了使用冷工作钢作为这种挤压工具的材料的可能。

由现有技术已知用于制造用于挤压技术的被涂层的工具的原理,借助所谓的高温(HT)-化学气相沉积(CVD)-工艺敷设用于提高耐磨性的涂层。因此例如申请人的专利文献EP1011885B1公开了一种借助高温CVD为挤压工具涂层的方法,其中金属的状态(以已知方法)通过CVD工艺设置在基体表面、即涂覆在适用的预先准备的和成型的工具上。这种高温工艺的优选的加工温度在950℃以上;在这种温度下用于气体沉积的所用的气体可以最优地反应。在相对较低温度情况下,所述气体通过HT-CVD不是过程稳定的、并且不能沉积出优良的涂层属性。

在现有技术中这种高温度尤其要注意,耐热工具钢在这种很高的CVD温度下被严重的过热和加工时间过长。这导致了变脆、构成粗糙晶粒、晶界破坏和随之而来的明显降低的韧性(典型的400J、低至150-300J根据按照DINSEP1314的冲击弯曲试验)。后果是,如前述的挤压工具相对较快地磨损,因此存在优化的需求。

虽然上述文献也通过向下扩展至700℃的温度范围公开了相对高温范围降低至所谓的中温(中等温度)范围的温度范围,但是借助其中按照这种方式构成的现有技术所述的方法不能实现足够坚韧和坚硬的层,以及不能实现在坚硬属性和耐磨性方面有利的基体组织。尤其这种较低的温度没有其他措施阻止足够多得碳作为硬的涂层的元素和组分被沉积,因此在低于1000℃的温度的前提下沉积的CVD涂层的耐磨性和硬度属性如按照本发明所示是不足的,因此总之本领域技术人员不会考虑将这种实施变型应用到涂层实践中和用于挤压工具。

所述技术问题通过一种用于在作为基体的挤压工具上制造一层或多层涂层的、具有权利要求1的特征的方法解决,本发明有利的扩展设计在从属权利要求中描述。

在一种按照本发明有利的方式中首先强调,尤其是碳的含量、此外有利的是碳相对氮元素的相对含量被证明是有意改善硬度属性的关键。这种硬度尤其还能在使用按照扩展设计的可行的附加覆盖层时改善支承效果。

其中在本发明范围中还有利地强调,亦即通过现有技术公开的技术不能实现所需的很高的碳含量(即使在较低温度、在所谓的中温范围中、即低于1000℃),然而通过按照本发明的附加合适、含碳的气流作为(其他的)反应气体能明显在C/N比例方面提高所述含量。

其中在本发明范围中还有利的是,通过按照本发明的CVD涂层过程的过程温度的限制、在所述用于制造一层或多层涂层的方法的范围中不会出现工具的表面属性的不利影响(例如已知的高温方法就是这种情况),亦即例如没有出现(由于很高的工作温度而形成的基层组织的损害,相对例如脆的高温CVD表面明显更高的坚韧性和弹性,其又以前述讨论的方式对在挤压过程的范围中对使用是有利的。

在本发明的范围中的另外的有利效果是,通过在按照本发明要求的中温下实施CVD涂层过程,尤其在700℃至950℃之间的范围中,更优选在850℃至900℃之间的范围中,可以形成有利的圆柱形和/或柱形的结构,所述结构具有大量的相互相邻和典型的相互平行的并且垂直于基体表面定向的生长方向(颗粒定向)。其中“圆柱形”或“柱形”理解为这样的层结构,其中颗粒定向平行于生长方向生长,以这种方式形成相互相邻的、典型地几乎沿垂直于基体-和/或涂层表面延伸的柱结构和由纵向延伸的结构部段形成的组织,所述组织被相邻的柱所限定并且潜在地允许在相邻的柱之间的中间空间中嵌入元素;所述“柱”在此不一定必须是圆柱形组织,而是呈现出所定向的结构/纹理(例如沿[100]结构的方向)的特征,例如在通常的分析或成像方法中可以明显识别出这种层。

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