一种用于工模具的多层复合硬质膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于工模具的多层复合硬质膜。
【背景技术】
[0002] 随着我国迈向制造业強国的进程，对机械加工所用的刀具、工具、模具的性能和寿 命要求越来越高，除了工模具的基材不断改进外，一个重要的研发方向是开发用于工模具 的先进保护涂层，即在工模具表面上采用物理气相沉积或化学气相沉积的方法，沉积耐磨、 耐蚀、耐高温、减摩的硬质薄膜，保护工模具的表面減少磨损和烧蚀、延长服役寿命并提高 其加工精度和光洁度。
[0003] 经过近三十多年来的努力，开发出一系列的工模具用保护涂层，特别是物理气相 沉积涂层，主要是过渡族金属的氮化物、碳化物、碳氮化物，有二元的、三元的、四元的，如 TiN、TiC、ZrN、CrN、CrC、TiCN、TiAIN、CrAIN、TiAlCN、、CrAlCN、TiAlSiN以及类金刚石碳 (DLC)膜等，近几年还开发出多层结构膜、纳米晶膜、纳米多层膜等高性能先进膜系。如此多 种硬质膜的出现，反映了所加工各种产品的材料对工模具有不同的性能要求，必须研发多 种特性的涂层才能滿足加工的需求，另一方面也反映了镀膜技术、镀膜材料、镀膜工艺的不 断进步，有可能制备出越來越先进的镀层。随着加工材料的多样化，其所用的工模具的涂层 也细分了。
[0004] 在实践中发现，单一镀层工模具用于加工不同材料工件时总存在各种各样不足： 有的硬度不够高、耐磨性较低，有的硬度高、耐磨性较好但韧性较低、耐冲击较差，有的硬度 和韧性兼顾但耐热性抗氧化性较低等。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种用于工模具的多层复合硬质膜， 其综合性能好、适用性強、高硬度、耐磨损又具良好韧性、耐冲击、耐热、抗氧化性好。
[0006] 解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0007] -种用于工模具的多层复合硬质膜，其特征是：所述的多层复合硬质膜镀在工模 具7的表面上，从里到外覆盖有第一Cr膜层1、第一CrAlTiN膜层2、第二Cr膜层3、AlTiN 膜4、第三Cr膜层5和第二CrAlTiN膜层6。
[0008] 所述CrAlTiN膜的厚度约为lum。
[0009] 所述AlTiN膜的厚度约为2um。
[0010] 所述Cr膜层的厚度约为0? 3um〇
[0011] 选用AlTiN和AlTiCrN膜层作复合膜层，基于它们具有优良的性能。表1列出了 它们的相关特性。如下表1为AlTiN和AlTiCrN膜层性能：
[0012] 表IAlTiN和AlTiCrN膜层性能
[0013]
[0014] 采用高Al的AlTiN作为主膜层的中间层，是利用其高硬度高抗氧性特点作为强有 力的支撑层。众所周知，AlTiN晶体薄膜中，Al原子置换TiN中的一部分Ti原子后使晶格 发生畸变。晶格畸变度大的涂层，一方面晶界增多，另一方面位错多且不易滑动，从而导致 涂层硬度的提高。Al元素能大大降低TiN涂层在高速切削时的氧化磨损，当刀具和工件接 触区温度超过约749°C时，涂层的外表面转化为氧化铝，可以阻止进一步氧化，起到保护刀 具的作用，从而延长刀具的使用寿命。
[0015] CrAlTiN是在AlTiN之后研发出来的新膜系，它保持AlTiN高硬度高耐磨损高抗氧 化性优点，Cr的加入提高了膜层的韧性和抗冲击性能，还提高了抗氧化性和降低了摩擦系 数。利用CrAlTiN作顶层，以其高硬度耐磨损和高韧性结合优势，直接与工件接触，能承受 猛烈的冲击，以更強的耐热性能保护膜层不被氧化；通过中间AlTiN強有力的支撑后，由底 层的CrAlTiN进一步吸收和缓解高速切削时产生的冲击力和高温。这样的复合膜层的结构 合理，特点互补。
[0016] 在多层结构的各界面均用具有良好的结合力和热稳定性的Cr来作中间"黏合 层"，以提高膜系与基体和各膜层之间的结合力。
[0017] 利用高硬度高耐热高抗氧化性的AlTiN作为膜系的中间支撑层，可提高膜系的硬 度和耐磨损能力；利用具有高硬度高韧性高抗氧化性和低摩擦系数的CrAlTiN作为膜系的 顶层和底层，既耐磨耐热又能吸收膜系受到的冲击力，三层主结构充分发挥各膜层自身优 点，这种多层复合结构膜层具有综合性能好适用性強的特性。本实用新型多层复合膜层可 适用于：硬质合金柄状刀具（铣刀，钻头）、硬质合金刀片、高速钢刀具（钻头、铣刀、齿轮刀 具、拉刀等）、冲剪模具、成型模具、压铸模具、塑胶模具等，适用范围广。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型工具有如下优点：
[0019] (1)利用具有高硬度高韧性高抗氧化性和低摩擦系数的CrAlTiN作为膜系的顶层 和底层，利用高硬度高耐热高抗氧化性的AlTiN作为涂层中间的支撑层，三层主结构，使其 兼具良好的硬度和抗磨损性，又具良好的热稳定性，并具有良好韧性以减缓高速切削时冲 击力和降低膜系的应力，多层复合结构具有优异的综合性能；
[0020] (2)采用多复合膜层结构，降低每一层膜层的厚度，有利于抑制柱状晶的生长，细 化晶粒，降低膜系表面粗糙度；
[0021] (3)利用金属Cr对各种镀层均具有强的的亲和性，在多层结构中所有界面都用Cr 膜层作粘合层，有利于提高膜系与基体和各膜层之间的结合力；
[0022] (4)本多层复合膜综合性能优异、适用性强，可以适用于多种基材的多种刀具和模 具上，并适用于多种被加工的材料和工件，特别适合小型加工企业，可以用一种膜系工模具 应付多种工件生产，虽然可能没有使用细化专用膜系工模具那么精准有效，但使用本发明 膜系的工模具可满足多种加工生产的基本需求，为企业节省工模具资源，提高企业经济效 益，特別受小型加工企业欢迎；同时也有利于小型涂层服务中心为这些小型加工企业提供 工模具膜系服务，不用为客户从繁多的细化专用涂层系列中选择其适用的膜系而费功夫。
【附图说明】
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