[发明专利]一种模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层及其制备方法。在基体表面依次是Ti层、TiN层、TiSiN层以及TiSiCN层，TiSiCN层的厚度为2～20微米。本发明采用磁场增强电弧离子镀技术完成，该方法制备的纳米复合耐磨防粘涂层除具有较好的耐磨性能外，还具有硬度高、涂层韧性好、抗铝粘连、抗高温氧化等优点，可显著提高模具的耐磨性能，延长模具的使用寿命，尤其适用于铝合金成型模具，具有优异的防铝合金粘连的效果。

技术领域：

本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层及其制备方法。

背景技术：

近十年来，我国的汽车行业发展迅速，已超过美国、日本成为第一大汽车制造和销售国，成为全球最大的汽车市场，汽车冲压模具的需求量也大大增加，给汽车模具行业带来了广阔的发展前景。

随着全球气候变化及能源危机，轻量化、低能耗成为汽车行业发展的趋势。因此，车身冲压件必须具有质轻、高强的特点，而铝合金由于具有密度低、强度高、塑性好等优点，在汽车行业获得了广泛应用，这对汽车冲压模具提出了更高要求。冲压模具要同时具备耐磨损、抗冲击、低变形、少修复的特点。传统的模具强化技术无法同时满足这些要求，特殊的模具表面强化技术应运而生，如热扩散处理(TD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、超音速火焰喷涂(HVOF)等。

与其它表面强化技术相比，PVD技术由于具有处理温度适中、涂层耐磨性及韧性好等优点，在汽车冲压模具领域获得了广泛应用。目前已有多种PVD涂层层体系如TiAlN、CrN、AlCrN、TiAlSiN、TiCN等获得了应用，有效提高了冲压模具性能及使用寿命。

但是，相对于传统低碳钢板,铝合金材料成形能力明显降低,在传统工艺下容易产生起皱、回弹和破裂等成形缺陷,同时由于铝合金材质软，在冲压成型时冷冲压模具承受巨大的工作压力、剪切力及摩擦力，容易产生铝粉粘连在模具上，使工件表面产生拉毛、划痕等缺陷，降低了成品率及产品精度，给企业带来巨大的挑战。

发明内容

针对现有涂层材料体系的不足，本发明的目的是提供一种模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层及其制备方法，使复合TiSiCN涂层既具有良好的耐磨耐冲击，又具有较好的抗铝合金粘连性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层，其特征在于，在基体表面依次是Ti层、TiN层、TiSiN层形成过渡层以及TiSiCN层，TiSiCN层的厚度为2～20微米。

所述的模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层，按照原子百分比计，TiSiCN涂层中含Ti 5～45at.％，含Si 3～20at.％，含C10～90at.％，含N 2～50at.％。

所述的模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层，优选的，按照原子百分比计，TiSiCN涂层中含Ti 20～40at.％，含Si 5～15at.％，含C 30～70at.％，含N10～30at.％。

所述的模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层，纳米压痕测试涂层硬度为5～35GPa，静态水接触角为90～130°。

所述的模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层，优选的，纳米压痕测试涂层硬度为10～30GPa，静态水接触角为100～120°。

所述的模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层，Ti层、TiN层、TiSiN层形成过渡层厚度分别为0.1～1.0微米、0.2～2.0微米、0.8～3.0微米。

所述的模具表面耐磨防粘纳米复合TiSiCN涂层的制备方法，具体步骤如下：