[发明专利]应用于压铸料筒工作带表面的纳米复合涂层及制备方法

说明书

本发明公开了应用于压铸料筒工作带表面的纳米复合涂层及其制备方法属于型材制作料筒表面强化技术领域。所述纳米复合涂层TiAlN和TiAl多层纳米复合结构涂层。本发明中TiAlN和TiAl纳米子涂层均为采用离子束辅助沉积镀膜方法制备。本发明的压铸料筒涂层兼顾了TiAlN硬质涂层的高硬度和金属TiAl软金属涂层的韧性的特点，既可提高压铸料筒表面涂层的硬度，又可提高压铸料筒表面涂层的整体强度和耐冲击性，显著提高涂层压铸料筒的耐磨性以及高温抗氧化性，延长压铸料筒的使用寿命。

技术领域：

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及用于压铸料筒工作带表面的纳米复合涂层及其制备方法。

背景技术：

压铸料筒是铝合金产生挤压变形和传递挤压力的关键部件，由于其复杂的结构，高尺寸精度及工作服役时高温、高压的复杂磨损状态，导致料筒极易磨损、且损耗量极大。目前，在料筒生产制造领域，为了提高料筒的使用寿命，一般所采用的料筒表面强化的技术是渗氮强化技术。然而，随着表面工程技术的发展以及铝型材的广泛应用，离子渗氮技术暴露出越来越多的缺点，并且经离子渗氮技术处理的压铸料筒表面的抗磨损和高温抗氧化性能差，需要后续加工程序，这些增加了压铸料筒的生产成本，限制了其应用范围。此外，随着国家对环境保护的重视，压铸料筒传统的气体渗氮技术则完全不符合绿色环保的生产要求，因此，压铸料筒行业急需采用新的表面处理技术。通过采用物理气相沉积技术制备纳米复合层结构的涂层可以显著提高压铸料筒表面硬度、结合强度、耐冲击性和高温抗氧化性能，涂层的层复合结构已经成为涂层料筒的重要发展方向。

TiAlN涂层是综合了TiN涂层和AlN涂层的一种应用广泛的多元化硬质薄膜涂层。在TiN中加入Al元素形成TiAlN相，由于涂层表面的Al原子在摩擦过程中会发生氧化生成高硬度的Al2O3相可以显著提高涂层的整体硬度；而且由于Al原子的加入，能提高涂层的致密度，降低涂层表面摩擦系数，有效提高了涂层的耐磨性。TiAlN涂层具有热硬性好、强度高、高温不易被氧化、摩擦系数低以及在冷热循环的条件下具有较高的热疲劳抗力等良好性能，已被广泛运用在航空发动机、军用商用舰船等方面。

发明内容：

本发明的目的在于提高压铸料筒表面的耐磨损和抗高温氧化性能，延长压铸料筒的使用寿命，结合梯度涂层以及多层复合涂层结构的优点，提供一种新型的应用于压铸料筒工作带表面的纳米复合涂层及其制备方法。

本发明采用的具体技术方案是：

应用于压铸料筒工作带表面的纳米复合涂层，包括料筒基体，在所述料筒基体上具有多层涂层，所述纳米复合涂层从上到下是由TiAlN和TiAl多层纳米复合涂层与TiAl过渡涂层组成的。

所述的纳米复合涂层料筒，所述纳米复合涂层是采用离子束辅助沉积方法制备在料筒基体上。

所述的纳米复合涂层料筒，所述TiAlN子涂层的厚度为300nm～600nm。

所述的纳米复合涂层料筒，所述TiAl子涂层的厚度为50nm～100nm。

所述的纳米复合涂层料筒，所述TiAl过渡层厚度为100～300nm。

所述的纳米复合涂层料筒，所述料筒基体材料为压铸料筒钢H13。

应用于压铸料筒工作带表面的纳米复合涂层制备方法，包括如下步骤：

1)抽真空：将压铸料筒速放入镀膜机腔室内的工件台上，抽真空至5.0×10-4Pa；

2)离子清洗：通入Ar气，其压力为4.5×10-3Pa，离子束能量为800eV，离子束流为60mA，开启辅助离子源离子清洗20min；