[发明专利]一种铝压铸模具抗黏附高熵硼化物复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝压铸模具抗黏附高熵硼化物复合涂层及制备方法，涂层自模具基体由内到外依次包括结合层、过渡层、增硬层、耐磨层和自润滑抗黏附层，结合层包括Cr离子与模具基体形成的冶金扩散层以及在模具基体表面沉积的Cr层，过渡层为CrN层，增硬层为HfZrWMoBN/CrN层，耐磨层为HfZrWMoB/CrAlTiN层，自润滑抗黏附层为HfZrWMoB层；将HfZrWMoB作为压铸模具最表面的自润滑抗黏附层，在压铸模具使用过程中不但具有很好的耐冲击性能，而且具有优异的润滑性能，降低铝液的黏附；将耐温较好的CrAlTiN涂层和超高硬度高应力的HfZrWMoB涂层构建新型高熵超硬压铸模具涂层，HfZrWMoB和CrAlTiN两者都是六方结构为主，容易实现共格生长构建纳米多层结构，突破现高熵硼化物应力较大容易剥落的限制。

技术领域

本发明涉及一种铝压铸模具的表面处理技术，尤其涉及一种铝压铸模具抗黏附高熵硼化物复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求的同时，变得越来越复杂，而这些产品的制造商不开模具，这就要求模具制造行业以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。为了达到上述要求，模具企业只有运用先进的管理手段和集成制造技术，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。压铸是一种利用高压强制将金属熔液压入形状复杂的金属模内的一种精密铸造法。在1964年，日本压铸协会对于压铸定义为“在高温将熔化合金压入精密铸模，在短时间内大量生产高精度而铸面优良的铸造方式”。

压铸过程中铝液的温度很高，经常会对模具表面产生黏附并造成损伤。模具的损伤将会严重影响。为了提高模具的使用寿命，一般采用表面涂层进行保护。物理气相沉积技术出现于二十世纪七十年代末，由于其工艺处理温度可控制在500℃以下，因此可作为最终处理工艺用于各类工模具的涂层。该技术自八十年代以来得到了迅速推广。国内外对物理气相沉积技术制备的CrN、AlTiN、AlCrN和AlCrSiN等常规氮化物涂层模具进行系统的研究，获取了较多有价值的成果。

如授权公告号为CN112095080B的压铸铝切边模具用超硬纳米复合涂层，自内向外依次包括结合层、过渡层、支撑层、硬化层及润滑层，结合层为纯Ti层，过渡层为TiN过渡金属陶瓷层，支撑层为AlTiSiN/TiN纳米多层膜，硬化层为AlTiSiCN/TiCN纳米多层膜，润滑层为AlTiSiC/TiC纳米多层膜。该涂层利用氮化物实现梯度结构，形成结构和成分渐变，涂层和基体为冶金结合，具有良好的附着力，提高压铸模具的抗铝液冲蚀能力，其中AlTiSiC和TiC都是富碳的类金刚石涂层，可以获得良好的润滑性能。

如授权公告号为CN111014616B的一种HfZrWMoVNbN/CrSiN高熵合金纳米复合涂层，结合层为电弧离子镀方法高能轰击制备的纯Nb层，过渡层为NbN过渡金属陶瓷层，支撑层为NbN/HfZrWMoVNbN高熵合金氮化物纳米多层膜，耐冲击耐温层为HfZrWMoVNbN/CrSiN纳米多层膜；涂层为为结构和成分渐变的纳米多层复合，梯度复合涂层，具有良好的附着力和良好的韧性，同时利用HfZrWMoVNbN和CrSiN两种涂层的高温稳定性，使压铸铝模具具有良好的抗冲击性能同时也具有很好的脱模性能，满足复杂工况要。

上述这些涂层均为以高熵氮化物纳米多层膜为基础的涂层材料。而国内外对纳米多层高熵硼化物涂层研究较少。高熵合金硼化物由于其独特的高熵效应、迟缓扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应，使其与高熵氮化物相比具有更高的硬度和更好的耐温耐磨性能。因此研究高熵硼化物纳米多层涂层对铝压铸模具表面处理技术的提高具有重要的科学研究价值。

发明内容

本发明提供了一种铝压铸模具抗黏附高熵硼化物复合涂层及其制备方法。对压铸模具的特殊工况需要，将高熵硼化物涂层镀于压铸模具的表面，利用HfZrWMoB具有高硬度和自润滑特性，在提供耐磨性能的前提下更提高了铝压铸模具表面的抗黏附性能，更加有利于脱模。