本实用新型涉及一种铝合金挤压型材用模具，特别是涉及一种具有表面为物理气相沉积(PVD)涂层的铝合金挤压型材模具。
背景技术：
铝合金模具通常采用H13模具钢制造，经热处理获得HRC48-52的硬度后加工成为特定型腔的挤压模具。为了降低模具使用成本和提高模具使用寿命，对模具表面进行气体氮化、离子氮化等工艺,提高模具表面的硬度和耐磨性。模具是铝型材行业的关键，占当前铝合金产品成本的约1/3，急需一种比现有表面处理方式使用寿命更长的挤压模具。
铝合金挤压模具目前较多的失效方式是型材尺寸产生较大偏差、型材表面拉伤，其本质是模具孔型表面磨损导致孔的尺寸不稳定；孔型表面粘结铝导致表面粗糙。多次使用后腔室出现裂纹及严重的铝腐蚀坑。目前传统氮化、碳氮化表面处理已经很难进一步大幅度地提高模具的使用寿命。因为模具表面采用单一离子氮化时，处理温度常在500-600℃，处理时间长，通常在氮化层表面形成化合物层(俗称“白亮层”)(如中国专利CN104178771A)，造成了亚表面区域合金元素贫化。使用过程中白亮层容易成为氮化涂层的破坏源。在破坏源处导致H13钢基体与高温铝直接接触，产生严重的元素扩散，甚至粘着。采用C-N共渗(如中国专利CN104152916A)虽然可以有效抑制渗层表面的白亮层，但渗层的硬度最高不超过HV 1300，且红硬性差，也限制了模具寿命的进一步提高。中国专利CN101058870A模具表面采用单一的PVD涂层，涂层与基体的结合力弱以及PVD涂层同基体的力学匹配差是限制PVD涂层高硬度及低摩擦系数等优势发挥的致命因素。且单一PVD难以在孔型表面涂制均匀的涂层，容易在孔型中心表面留下无涂层的死角。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于在提供一种铝合金挤压型材模具，该模具表面涂覆含有高铝成分的Al-Cr-N系PVD涂层，且在基体层与PVD涂层间采用高能密度等离子体辅助的低温离子氮化获得40-100微米厚无白亮层的氮碳共渗层，提高PVD涂层的附着力，抵抗苛刻挤压工况所导致的涂层剥落，从而获得使用寿命大幅度提高的铝合金型材挤压模具。
为实现上述方案，本实用新型提供的一种铝合金挤压型材模具，包括：基体层，所述基体层为金属模具；位于基体层表面的碳氮共渗层；涂覆在碳氮共渗层表面的CrN涂层；以及涂覆在CrN涂层表面的Al70Cr30N涂层。
在上述技术方案中，通过在基体层表面涂覆的碳氮共渗层可以有效提高CrN/Al70Cr30N复合涂层的附着力，可以抵抗苛刻挤压工况所导致的涂层剥落，从而获得使用寿命大幅度提高的铝合金型材挤压模具，通过CrN涂层可以有效提高模具表面的硬度，通过Al70Cr30N涂层可以有效提高模具表面的耐磨性和耐铝腐蚀性。
优选的，所述碳氮共渗层的厚度为40-100微米，碳氮共渗层的厚度不宜过薄，否则CrN涂层的附着力不够，依然会导致涂层剥落，同时碳氮共渗层的厚度不宜过厚，否则会增加碳氮共渗层涂覆的时间和成本，实验证明，当碳氮共渗层的厚度为40-100微米时既可增强CrN涂层的附着力，使其不会导致剥落，也不会导致碳氮共渗层涂覆的时间和成本过高，性价比较高。
更加优选的，所述碳氮共渗层的厚度为50微米，实验证明，当碳氮共渗层的厚度为50微米时，性价比最高。
优选的，所述CrN涂层的厚度为0.5-1.5微米，CrN涂层的厚度不宜过薄，否则达不到增强模具表面硬度的效果，同时CrN涂层的厚度也不宜过厚，否则会增加CrN涂层涂覆的时间和成本，同时增大复合涂层的残余压缩应力不利于结合力提高，实验证明，当CrN涂层的厚度为0.5-1.5微米时既可大幅增加模具表面的硬度，也不会导致CrN涂层涂覆的时间和成本过高，性价比较高。
更加优选的，所述CrN涂层的厚度为1微米，实验证明，当CrN涂层的厚度为1微米时，性价比最高。
优选的，所述Al70Cr30N涂层的厚度为2-4微米，Al70Cr30N涂层的厚度不宜过薄，否则达不到增强模具表面耐磨性和耐铝腐蚀性的效果，同时Al70Cr30N涂层的厚度也不宜过厚，否则会增加Al70Cr30N涂层涂覆的时间和成本，同时增大复合涂层的残余压缩应力不利于结合力提高，实验证明，当Al70Cr30N涂层的厚度为2-4微米时既可大幅增加模具表面的耐磨性和耐铝腐蚀性，也不会导致Al70Cr30N涂层涂覆的时间和成本过高，性价比较高。
更加优选的，所述Al70Cr30N涂层的厚度为3微米，实验证明，当Al70Cr30N涂层的厚度为3微米时，性价比最高。
本实用新型所述技术方案的有益效果在于：本铝合金挤压型材模具通过在基体层与PVD涂层间采用高能密度等离子体辅助的低温离子氮化获得40-100微米厚无白亮层的氮碳共渗层，提高了PVD涂层的附着力，抵抗苛刻挤压工况所导致的涂层剥落，从而获得使用寿命大幅度提高的铝合金型材挤压模具，同时通过在基体层表面涂覆CrN涂层和Al70Cr30N涂层，大大提高了模具表面的硬度、耐磨性和耐铝腐蚀性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中：1、基体层；2、碳氮共渗层；3、CrN涂层；4、Al70Cr30N涂层。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型的技术特点，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，需要说明的是，本实用新型的实施方式不限如此。
实施例：一种铝合金挤压型材模具。
本实用新型采用配置了可调制非对称双极交直流脉冲偏压电源的hauzer flexicoat 850真空镀膜装置(荷兰HAUZER的flexicoat 850型)，该真空镀膜装置包括真空室、磁控溅射源、低压直流弧离子源、真空室内辐射加热装置、非对称双极交直流脉冲偏压电源和转动的工件架，工件架安装在真空室内部；其中非对称双极交直流脉冲偏压电源正负脉冲峰值可调，脉冲波型为方波，输出电压正负峰值可调，频率和占空比可调。
如图1所示，一种铝合金挤压型材模具，基体层1，所述基体层1为H13钢模具；涂覆在基体层1表面的碳氮共渗层2，所述碳氮共渗层2的厚度为50微米，所述碳氮共渗层2采用高能密度等离子体辅助的低温离子氮化获得，通过在基体层1表面涂覆的碳氮共渗层2可以有效提高CrN涂层3的附着力，可以抵抗苛刻挤压工况所导致的涂层剥落，从而获得使用寿命大幅度提高的铝合金型材挤压模具；涂覆在碳氮共渗层2表面的CrN涂层3，所述CrN涂层3的厚度为1微米，通过CrN涂层3可以有效提高模具表面的硬度；以及涂覆在CrN涂层3表面的Al70Cr30N涂层4，所述Al70Cr30N涂层4的厚度为3微米，通过Al70Cr30N涂层4可以有效提高模具表面的耐磨性和耐铝腐蚀性。
为了更进一步的解释本实用新型，特将本实用新型的制备步骤解释如下：
1)模具表面预处理：采用自动清洗线清洗；去离子水漂洗后，在防锈1063试剂100mL/L的去离子水溶液中，浸泡10秒，取出后用无油压缩空气吹干，在80℃烘干2小时后待用；将模具放入HAUZER装置；
2)抽真空加热：将预处理后的工件固定在工件架上，关闭真空室门，并开动工件架旋转；真空室被抽到背底真空低于5x10-3Pa；开启辅助加热装置，将含有模具工件的真空室升温至300-400℃并保温3-6小时；
3)氩离子离子刻蚀：采用热丝直流弧离子源获得的氩等离子束，通入氩气，使真空室压强为0.1Pa，束流电流为70-100A；模具工件施加偏压200V，采用直流偏压模式；氩离子轰击刻蚀模具表面30-90分钟；
4)模具表面碳氮共渗：维持步骤3)中热丝直流弧离子源的氩气流量和离子束电流，真空室内通入氮气、甲烷、氢气的混合工作气体，其中甲烷气体的体积百分比为10-25％，氢气的体积百分比为40-60％，余为氮气；真空室真空达到2.0-5.0Pa后，调节工件直流偏压为400-600V直流，模具表面发生辉光放电；上述碳氮共渗的渗层速率为40-60微米/小时；根据需要渗层厚度，控制碳氮共渗时间；离子共渗结束后，关闭混合工作气体，调节模具直流偏压为150V，氩离子轰击模具表面15-30分钟后关闭离子源；
5)制备PVD涂层：真空室内通入氮气，使真空室压强保持为0.5-1Pa；开启非对称双极脉冲偏压模式，频率为300-1000Hz，负脉冲峰值为50-150V，正脉冲峰值为10-20V，占空比为30-80％；开启纯金属Cr阴极电弧靶，靶电流100-120A，制备1微米厚CrN层后关闭金属阴极电弧靶；开启Al70Cr30的合金阴极电弧靶，靶电流100-120A，制备3微米厚Al70Cr30N后关闭合金靶。真空室温度冷却到100℃以下后，打开真空室门，取出工件。
6)目视观察，涂层均匀致密。陪伴试片洛氏压痕评定处理后涂层与基体结合力HF1。
以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。