专利名称：一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模具，尤其是用于制作纪念章(包括纪念币、印章)产品的具有镜面的精密压制模具。
背景技术：
精密压制模具是经过一定的压力将金、银、铜、铝等胚料按设计要求压制成具有所需形状、花纹及图案的产品的模具。模具表面硬度、耐磨性、抗粘着性能以及综合使用寿命是直接影响纪念章产品的质量和生产效率的重要因素。通常镜面压制成型模具大多采用冷作模具钢；由于金，银，铜，铝等材料硬度较低且延展性好，因此，在一定的压力下会粘模，从而造成纪念币、印章表面划痕、粗糙以及模具表面拉毛磨损等后果，严重影响纪念章产品的表面质量。通常压制模具在压制几十个甚至十几个纪念币、印章后就需要重新打磨，以保证纪念章产品具有良好优质的表面，这样大大影响了生产效率；因此，提高纪念章产品压制模具的表面性能及质量具有非常重要的意义。
实用新型内容本实用新型的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种纪念章压制模具的改进，该模具应具有较高的抗磨损性能、抗粘着性能和较长的使用寿命；并且制备简便、工艺稳定且可重复性高，并适合规模化生产。本实用新型提供的技术方案是一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具，包括模具钢基体，其特征在于在基体表面镀有纳米结构Cr基氮化物镀层，该镀层沿基体表面垂直方向自里向外依次为Cr界面层、CrN过渡层、CrN镀层。所述的Cr界面层厚度为0. 2-0. 4 μ m。所述的CrN过渡层厚度为0.8 3μπι。所述CrN镀层厚度为1. 5 5. 0 μ m。本实用新型的有益效果在于(1)在较低的镀制温度下以下)可以获得优异的膜基结合强度(划痕法测定临界载荷大于60N)的镀层。除此之外，还可以在其它低回火温度的工模具或机械零部件等基体上进行镀层。(2)镀层硬度高(18 25GPa)，在合适的工艺参数条件下，最高硬度超过^GPa。(3)可显著提高纪念章压制成型模具的抵抗粘着磨损性能(用球盘磨损试验机测定的比磨损率为1. OX 10_16 10. OX 10_16m7N. m ；用球盘磨损试验机测定的与直径5mm的 WC-6% Co球对磨时的摩擦系数为0. 4 0. 6)。该镀层材料也可用于磨粒磨损服役条件下的各类模具和机械零部件，以及机械加工行业的刀具。
3[0013]图1为本实用新型的截面结构示意图。图2为图1中的A部放大结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明。本实用新型的要点是在常规的纪念章压制成型模具上镀制一层纳米结构Cr基氮化物镀层1，利用CrN(氮化铬)良好的抗磨性、不粘性和耐蚀性，提升模具的表面性能。由此制成的高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具(参见图1、图幻，包括模具钢基体5，基体表面镀有纳米结构Cr基氮化物镀层，该镀层沿基体表面垂直方向自里向外依次为Cr界面层 2、CrN过渡层3、CrN镀层4。以上Cr基氮化物镀层中Cr界面层由Cr元素组成；CrN过渡层中，氮元素与铬元素的比例为0 4. 3 1，是一个氮元素逐渐增多的渐变的过程；CrN镀层中氮元素与铬元素的比例为4 4. 3 1。所述的Cr界面层厚度为0. 2-0. 4 μ m ；所述的CrN过渡层厚度为0. 8 3 μ m ；所述 CrN镀层厚度为1. 5 5. 0 μ m。该模具的制作方法，可依照下列步骤进行1)用常规金属加工方法制作模具基体，使其几何形状等符合要求；2)采用闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀设备，将被镀基体放置于该设备真空腔内可旋转的工件架上，基体周围均勻布置四个Cr金属靶1 ；溅射靶由直流磁控溅射电源提供恒定电流或恒定功率，被镀基体和溅射靶之间施加直流脉冲负偏压；3)镀膜之前首先对基体表面用等离子体进行轰击清洗；沉积Cr界面层时仅通入氩气，沉积CrN梯度过渡层和CrN镀层时同时通入氩气和氮气，氮气的流量用置于Cr靶近表面的光发射谱装置进行闭环控制，以精确调变镀层的成分。所述方法中Cr靶电流的输入功率均为0 3kW可调，以用于调节镀层中的Cr元素的含量。所述方法中在沉积镀层时通入的氩气流量为10sCCm(每分钟10毫升)。所述方法中基体直流脉冲偏压为0 500V可调，以获得不同力学和摩擦学性能的镀层。制备镀层采用了闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀设备。制备时使用了 Cr单金属靶，在沉积Cr过程中氮气的流量用置于Cr靶近表面的光发射谱装置进行闭环控制，以精确调变镀层的成分。沉积时基体施加直流脉冲偏压。在基体表面形成纳米结构Cr基氮化物镀层；该Cr基氮化物镀层从基体垂直向外依次为Cr界面层、CrN梯度过渡层、CrN镀层；其中CrN镀层的硬度可达18 25GPa。该Cr基氮化物镀层制备方法简单，全程可计算机控制，工艺稳定且可重复性高， 适合规模化生产。实施例1镀层基体用0. 5μπι的金刚石研磨膏抛光的硬度为HRC60-62的Μ42高速钢和 (100)单晶硅片，用丙酮溶液中进行超声波清洗20分钟，放入镀层设备真空室的旋转试样架上。氩气流量IOsccm时真空度2Pa，用500V偏压等离子体轰击清洗基体表面20分钟。 偏压-65V时沉积Cr界面层打底5min，Cr靶输入功率2kW。接着通入氮气并逐渐增加氮气流量镀制CrN梯度过渡层，时间60min，其它参数与制备Cr界面层时一样。最后固定氮气
4量，Cr靶输入功率2kW，其它参数与上一个步骤一样。在整个镀制过程中，脉冲偏压的参数为频率500kHz，脉冲宽度250ns，基体所在的一轴旋转试样架的转速是5rpm。所得样品根据以下方式检测镀层厚度用球坑仪测量；镀层耐磨性和摩擦系数用球盘磨损试验机测量，对磨材料为直径5mm的WC_6 % Co 硬质合金球，相对滑动速度200m/min，载荷20N，磨损时间30min。用Teer ST2200划痕仪定量测量镀层的结合强度，载荷从ION加到60N，滑动速度 10mm/mino检测结果是Cr界面层厚度为0. 3 μ m ；CrN过渡层厚度为1 μ m ；CrN镀层的厚度为 3μπι。硬度是2000HV，比磨损率为4Χ10—16。实施例2将偏压调节成-75V，其它所有实施过程和参数同实施例1。检测结果是Cr界面层厚度为0. 3 μ m ；CrN过渡层厚度为1 μ m ；CrN镀层的总厚度为2. 8 μ m。硬度是2210HV,比磨损率为2. 8 X IO^160
权利要求1.一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具，包括模具钢基体(5)，其特征在于在基体表面镀有纳米结构Cr基氮化物镀层(1)，该镀层沿基体表面垂直方向自里向外依次为Cr 界面层⑵、CrN过渡层(3)、CrN镀层(4)。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具，其特征在于所述的Cr界面层厚度为0. 2-0. 4 μ m。
3.根据权利要求2所述的一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具，其特征在于所述的CrN过渡层厚度为0. 8 3 μ m。
4.根据权利要求3所述的一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具，其特征在于所述的CrN镀层厚度为1. 5 5. 0 μ m。
专利摘要本实用新型涉及一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具。所要解决的技术问题是提供的模具应具有较高的抗磨损性能、抗粘着性能和较长的使用寿命的特点；并且制备简便、工艺稳定且可重复性高，并适合规模化生产。技术方案是一种高硬度高耐磨性纪念章压制成型模具，包括模具钢基体，其特征在于在基体表面镀有纳米结构Cr基氮化物镀层，该镀层沿基体表面垂直方向自里向外依次为Cr界面层、CrN过渡层、CrN镀层。所述的Cr界面层厚度为0.2-0.4μm。所述的CrN过渡层厚度为0.8～3μm。所述CrN镀层厚度为1.5～5.0μm。
文档编号B21D37/10GK202070661SQ20112003633
公开日2011年12月14日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者于磊, 周仔麒, 周庆荣, 孙海林, 李凡巧 申请人:浙江汇锦梯尔镀层科技有限公司