本實用新型涉及一種鋁合金擠壓型材用模具，特別是涉及一種具有表面為物理氣相沉積(PVD)涂層的鋁合金擠壓型材模具。

背景技術(shù)：

鋁合金模具通常采用H13模具鋼制造，經(jīng)熱處理獲得HRC48-52的硬度后加工成為特定型腔的擠壓模具。為了降低模具使用成本和提高模具使用壽命，對模具表面進(jìn)行氣體氮化、離子氮化等工藝,提高模具表面的硬度和耐磨性。模具是鋁型材行業(yè)的關(guān)鍵，占當(dāng)前鋁合金產(chǎn)品成本的約1/3，急需一種比現(xiàn)有表面處理方式使用壽命更長的擠壓模具。

鋁合金擠壓模具目前較多的失效方式是型材尺寸產(chǎn)生較大偏差、型材表面拉傷，其本質(zhì)是模具孔型表面磨損導(dǎo)致孔的尺寸不穩(wěn)定；孔型表面粘結(jié)鋁導(dǎo)致表面粗糙。多次使用后腔室出現(xiàn)裂紋及嚴(yán)重的鋁腐蝕坑。目前傳統(tǒng)氮化、碳氮化表面處理已經(jīng)很難進(jìn)一步大幅度地提高模具的使用壽命。因為模具表面采用單一離子氮化時，處理溫度常在500-600℃，處理時間長，通常在氮化層表面形成化合物層(俗稱“白亮層”)(如中國專利CN104178771A)，造成了亞表面區(qū)域合金元素貧化。使用過程中白亮層容易成為氮化涂層的破壞源。在破壞源處導(dǎo)致H13鋼基體與高溫鋁直接接觸，產(chǎn)生嚴(yán)重的元素擴(kuò)散，甚至粘著。采用C-N共滲(如中國專利CN104152916A)雖然可以有效抑制滲層表面的白亮層，但滲層的硬度最高不超過HV 1300，且紅硬性差，也限制了模具壽命的進(jìn)一步提高。中國專利CN101058870A模具表面采用單一的PVD涂層，涂層與基體的結(jié)合力弱以及PVD涂層同基體的力學(xué)匹配差是限制PVD涂層高硬度及低摩擦系數(shù)等優(yōu)勢發(fā)揮的致命因素。且單一PVD難以在孔型表面涂制均勻的涂層，容易在孔型中心表面留下無涂層的死角。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的目的在于在提供一種鋁合金擠壓型材模具，該模具表面涂覆含有高鋁成分的Al-Cr-N系PVD涂層，且在基體層與PVD涂層間采用高能密度等離子體輔助的低溫離子氮化獲得40-100微米厚無白亮層的氮碳共滲層，提高PVD涂層的附著力，抵抗苛刻擠壓工況所導(dǎo)致的涂層剝落，從而獲得使用壽命大幅度提高的鋁合金型材擠壓模具。

為實現(xiàn)上述方案，本實用新型提供的一種鋁合金擠壓型材模具，包括：基體層，所述基體層為金屬模具；位于基體層表面的碳氮共滲層；涂覆在碳氮共滲層表面的CrN涂層；以及涂覆在CrN涂層表面的Al₇₀Cr₃₀N涂層。

在上述技術(shù)方案中，通過在基體層表面涂覆的碳氮共滲層可以有效提高CrN/Al₇₀Cr₃₀N復(fù)合涂層的附著力，可以抵抗苛刻擠壓工況所導(dǎo)致的涂層剝落，從而獲得使用壽命大幅度提高的鋁合金型材擠壓模具，通過CrN涂層可以有效提高模具表面的硬度，通過Al₇₀Cr₃₀N涂層可以有效提高模具表面的耐磨性和耐鋁腐蝕性。

優(yōu)選的，所述碳氮共滲層的厚度為40-100微米，碳氮共滲層的厚度不宜過薄，否則CrN涂層的附著力不夠，依然會導(dǎo)致涂層剝落，同時碳氮共滲層的厚度不宜過厚，否則會增加碳氮共滲層涂覆的時間和成本，實驗證明，當(dāng)碳氮共滲層的厚度為40-100微米時既可增強(qiáng)CrN涂層的附著力，使其不會導(dǎo)致剝落，也不會導(dǎo)致碳氮共滲層涂覆的時間和成本過高，性價比較高。

更加優(yōu)選的，所述碳氮共滲層的厚度為50微米，實驗證明，當(dāng)碳氮共滲層的厚度為50微米時，性價比最高。

優(yōu)選的，所述CrN涂層的厚度為0.5-1.5微米，CrN涂層的厚度不宜過薄，否則達(dá)不到增強(qiáng)模具表面硬度的效果，同時CrN涂層的厚度也不宜過厚，否則會增加CrN涂層涂覆的時間和成本，同時增大復(fù)合涂層的殘余壓縮應(yīng)力不利于結(jié)合力提高，實驗證明，當(dāng)CrN涂層的厚度為0.5-1.5微米時既可大幅增加模具表面的硬度，也不會導(dǎo)致CrN涂層涂覆的時間和成本過高，性價比較高。

更加優(yōu)選的，所述CrN涂層的厚度為1微米，實驗證明，當(dāng)CrN涂層的厚度為1微米時，性價比最高。

優(yōu)選的，所述Al₇₀Cr₃₀N涂層的厚度為2-4微米，Al₇₀Cr₃₀N涂層的厚度不宜過薄，否則達(dá)不到增強(qiáng)模具表面耐磨性和耐鋁腐蝕性的效果，同時Al₇₀Cr₃₀N涂層的厚度也不宜過厚，否則會增加Al₇₀Cr₃₀N涂層涂覆的時間和成本，同時增大復(fù)合涂層的殘余壓縮應(yīng)力不利于結(jié)合力提高，實驗證明，當(dāng)Al₇₀Cr₃₀N涂層的厚度為2-4微米時既可大幅增加模具表面的耐磨性和耐鋁腐蝕性，也不會導(dǎo)致Al₇₀Cr₃₀N涂層涂覆的時間和成本過高，性價比較高。

更加優(yōu)選的，所述Al₇₀Cr₃₀N涂層的厚度為3微米，實驗證明，當(dāng)Al₇₀Cr₃₀N涂層的厚度為3微米時，性價比最高。

本實用新型所述技術(shù)方案的有益效果在于：本鋁合金擠壓型材模具通過在基體層與PVD涂層間采用高能密度等離子體輔助的低溫離子氮化獲得40-100微米厚無白亮層的氮碳共滲層，提高了PVD涂層的附著力，抵抗苛刻擠壓工況所導(dǎo)致的涂層剝落，從而獲得使用壽命大幅度提高的鋁合金型材擠壓模具，同時通過在基體層表面涂覆CrN涂層和Al₇₀Cr₃₀N涂層，大大提高了模具表面的硬度、耐磨性和耐鋁腐蝕性。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、基體層；2、碳氮共滲層；3、CrN涂層；4、Al₇₀Cr₃₀N涂層。

具體實施方式

為了更好地理解本實用新型的技術(shù)特點，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明，需要說明的是，本實用新型的實施方式不限如此。

實施例：一種鋁合金擠壓型材模具。

本實用新型采用配置了可調(diào)制非對稱雙極交直流脈沖偏壓電源的hauzer flexicoat 850真空鍍膜裝置(荷蘭HAUZER的flexicoat 850型)，該真空鍍膜裝置包括真空室、磁控濺射源、低壓直流弧離子源、真空室內(nèi)輻射加熱裝置、非對稱雙極交直流脈沖偏壓電源和轉(zhuǎn)動的工件架，工件架安裝在真空室內(nèi)部；其中非對稱雙極交直流脈沖偏壓電源正負(fù)脈沖峰值可調(diào)，脈沖波型為方波，輸出電壓正負(fù)峰值可調(diào)，頻率和占空比可調(diào)。

如圖1所示，一種鋁合金擠壓型材模具，基體層1，所述基體層1為H13鋼模具；涂覆在基體層1表面的碳氮共滲層2，所述碳氮共滲層2的厚度為50微米，所述碳氮共滲層2采用高能密度等離子體輔助的低溫離子氮化獲得，通過在基體層1表面涂覆的碳氮共滲層2可以有效提高CrN涂層3的附著力，可以抵抗苛刻擠壓工況所導(dǎo)致的涂層剝落，從而獲得使用壽命大幅度提高的鋁合金型材擠壓模具；涂覆在碳氮共滲層2表面的CrN涂層3，所述CrN涂層3的厚度為1微米，通過CrN涂層3可以有效提高模具表面的硬度；以及涂覆在CrN涂層3表面的Al₇₀Cr₃₀N涂層4，所述Al₇₀Cr₃₀N涂層4的厚度為3微米，通過Al₇₀Cr₃₀N涂層4可以有效提高模具表面的耐磨性和耐鋁腐蝕性。

為了更進(jìn)一步的解釋本實用新型，特將本實用新型的制備步驟解釋如下：

1)模具表面預(yù)處理：采用自動清洗線清洗；去離子水漂洗后，在防銹1063試劑100mL/L的去離子水溶液中，浸泡10秒，取出后用無油壓縮空氣吹干，在80℃烘干2小時后待用；將模具放入HAUZER裝置；

2)抽真空加熱：將預(yù)處理后的工件固定在工件架上，關(guān)閉真空室門，并開動工件架旋轉(zhuǎn)；真空室被抽到背底真空低于5x10^-3Pa；開啟輔助加熱裝置，將含有模具工件的真空室升溫至300-400℃并保溫3-6小時；

3)氬離子離子刻蝕：采用熱絲直流弧離子源獲得的氬等離子束，通入氬氣，使真空室壓強(qiáng)為0.1Pa，束流電流為70-100A；模具工件施加偏壓200V，采用直流偏壓模式；氬離子轟擊刻蝕模具表面30-90分鐘；

4)模具表面碳氮共滲：維持步驟3)中熱絲直流弧離子源的氬氣流量和離子束電流，真空室內(nèi)通入氮氣、甲烷、氫氣的混合工作氣體，其中甲烷氣體的體積百分比為10-25％，氫氣的體積百分比為40-60％，余為氮氣；真空室真空達(dá)到2.0-5.0Pa后，調(diào)節(jié)工件直流偏壓為400-600V直流，模具表面發(fā)生輝光放電；上述碳氮共滲的滲層速率為40-60微米/小時；根據(jù)需要滲層厚度，控制碳氮共滲時間；離子共滲結(jié)束后，關(guān)閉混合工作氣體，調(diào)節(jié)模具直流偏壓為150V，氬離子轟擊模具表面15-30分鐘后關(guān)閉離子源；

5)制備PVD涂層：真空室內(nèi)通入氮氣，使真空室壓強(qiáng)保持為0.5-1Pa；開啟非對稱雙極脈沖偏壓模式，頻率為300-1000Hz，負(fù)脈沖峰值為50-150V，正脈沖峰值為10-20V，占空比為30-80％；開啟純金屬Cr陰極電弧靶，靶電流100-120A，制備1微米厚CrN層后關(guān)閉金屬陰極電弧靶；開啟Al₇₀Cr₃₀的合金陰極電弧靶，靶電流100-120A，制備3微米厚Al₇₀Cr₃₀N后關(guān)閉合金靶。真空室溫度冷卻到100℃以下后，打開真空室門，取出工件。

6)目視觀察，涂層均勻致密。陪伴試片洛氏壓痕評定處理后涂層與基體結(jié)合力HF1。

以上所述為本實用新型的較佳實施例而已，但本實用新型不應(yīng)局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容，所以凡是不脫離本實用新型所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本實用新型保護(hù)的范圍。