一种模具PVD涂层方法与流程

一种模具pvd涂层方法
技术领域
[0001]
本发明涉及pvd涂层领域，尤其涉及一种模具pvd涂层方法。


背景技术：

[0002]
pvd是英文physical vapor deposition(物理气相沉积)的缩写,是指在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离,利用电场的加速作用,使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。
[0003]
pvd涂层的技术被广泛的应用于工业中，工业生产中模具寿命的高低直接决定了生产效率和制造成本。并且对于工作条件较为严格的模具来说，表面磨损是影响模具寿命的重要因素。尤其是对于精冲模具，在狭窄的冲压间隙下，凸凹模磨损严重。在模具表面镀层可以有效的提高模具表面硬度和耐磨损性能，pvd涂层技术已经是大部分模具提高寿命和生产效率的有效方法。目前，对于精冲模具，常见的涂层有tic、tin、tialn，其皆是通过利用电子轰击靶材，以使靶材表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体过程，在工件表面沉积形成薄膜的涂层。
[0004]
相对于这些涂层，alcrn涂层耐高温氧化温度更高，摩擦系数更小，耐磨性能更好，在制备alcrn涂层时，传统的方法也是通过设置固定的偏压及气压，以在工件表面沉积形成涂层。通过控制制备中的偏压及气压，可使靶材的原子更好的沉积在工件面板，以增加涂层硬度，提高抗氧化性能，同时提高沉积速率。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明提供一种模具pvd涂层方法提高传统pvd涂层的耐高温氧化性、减少摩擦系数、增加耐磨性、涂层硬度及提高沉积速率。
[0006]
为了达到上述目的，本发明解决技术问题的技术方案是提供一种模具pvd涂层方法，其包括步骤：对模具表面进行抛光、清洗及烘干；将反应炉抽气并加热；将模具送入反应炉内，并通气后去除模具表面的氧化物；及以时间为单位，分别以20v-40v的偏压，2.0pa-3.0pa的气压环境及40v-135v的偏压，3.0pa-5.0pa的气压环境，分阶段将靶材离子化为离子状态，沉积于模具表面，以依次形成过渡层及工作层，最终在模具表面形成涂层。
[0007]
进一步，所述涂层的厚度为2.5～3.5μm。
[0008]
进一步，对模具表面抛光后，模具表面的粗糙度小于ra0.4。
[0009]
进一步，反应炉加热的温度为500℃，加热持续的时间为1h。
[0010]
进一步，所述对模具表面进行抛光、清洗及烘干包括：对模具表面进行抛光；利用碱性缸清洗模具；利用超声波清洗模具；通过组合漂洗清洗模具；及对模具进行烘干。
[0011]
进一步，所述对模具进行烘干包括：将反应炉抽气；及对反应炉加热。
[0012]
进一步，所述将模具送入反应炉内，并通气后去除模具表面的氧化物包括：加入氩气及氢气，形成反应环境；及控制偏压及气压去除模具表面氧化物。
[0013]
进一步，所述以时间为单位，分别以20v-40v的偏压，2.0pa-3.0pa的气压环境及
40v-135v的偏压，3.0pa-5.0pa的气压环境，分阶段将靶材离子化为离子状态，沉积于模具表面，以依次形成过渡层及工作层，最终在模具表面形成涂层包括：设置反应炉内偏压为20v、气压为2.0pa的环境，持续60min；设置反应炉内偏压为40v、气压为3.0pa的环境，持续20min；设置反应炉内偏压为135v，气压为5.0pa的环境，持续100min；及设置反应炉内偏压为40v，气压为3.0pa的环境，持续30min。
[0014]
进一步，两种所述靶材分别为cral及lab6cral。
[0015]
进一步，两种所述靶材的个数皆为4个，直径皆为160mm，厚度皆为12mm，且所述靶材的纯度皆大于99.98％。
[0016]
与现有技术相比，本发明所提供的模具pvd涂层方法具有以下有益效果：
[0017]
通过在模具表面分阶段制备过渡层及工作层，并最终形成涂，层本发明方法可以提高模具表面硬度、耐磨性能，满足模具的工作条件，提高了模具寿命以及成型零件质量。
[0018]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
附图说明
[0019]
图1为本发明第一实施例提供的一种模具pvd涂层方法的步骤流程示意图；
[0020]
图2为图1中步骤s1的子流程示意图；
[0021]
图3为图1中步骤s2的子流程示意图；
[0022]
图4为图1中步骤s3的子步骤流程示意图；
[0023]
图5为图1中步骤s4的子步骤流程示意图。
具体实施方式
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]
请参阅图1，本发明提供的一种模具pvd涂层方法，其包括步骤：
[0026]
s1，对模具表面进行抛光、清洗及烘干；
[0027]
具体的，模具加工完成后，其表面粗糙度并不一定符合制备涂层的要求，所以需要对模具的表面进行抛光、清洗及烘干的操作。其中，对模具表面抛光需使模具表面的粗糙度达到小于ra0.4，对模具进行清洗及烘干为利用碱性缸清洗、超声波清洗、组合漂洗和烘干，以保证模具上无残留水分，无锈蚀及润滑油，从而为后续步骤做准备。
[0028]
s2，将反应炉抽气并加热；
[0029]
具体的，在对模具表面制备涂层钱，需要先对制备涂层的反应炉进行抽气并加热。其中，抽气为将反应炉内的空气全部从反应炉内抽离，以在反应炉内形成中空状态。加热为将反应炉内的温度加热至500℃，并持续加热1h，从而蒸发掉反应炉内的水分，保证在制备模具表面涂层时，反应炉内无残留的水分。
[0030]
s3，将模具送入反应炉内，并通气后去除模具表面的氧化物；
[0031]
具体的，在步骤s1对模具进行抛光、清洗及烘干后，已经去除掉了模具表面的锈蚀
及润滑油，但在模具使用或防止时间过长的情况下，其表面的氧化痕迹很难经过抛光及清洗清理掉。所以，还需将模具放入反应炉内，并通入氩气及氢气，形成反应环境，通过控制偏压及气压，去除模具表面的氧化物。
[0032]
可以理解，根据模具材质的不同，在去除其表面氧化物时，所选择的偏压及气压也不通，在本实施例中，控制偏压的范围在100-200v，气压的范围在2.0-5.0pa。
[0033]
可以理解，根据模具材质不同，步骤s3中对其去除表面氧化物的时间也不相同，在本实施例中，去除模具表面氧化物的视觉为45min。
[0034]
s4，以时间为单位，分别以20v-40v的偏压，2.0pa-3.0pa的气压环境及40v-135v的偏压，3.0pa-5.0pa的气压环境，分阶段将靶材离子化为离子状态，沉积于模具表面，以依次形成过渡层及工作层，最终在模具表面形成涂层。
[0035]
具体的，在去除模具表面的氧化物后，在反应炉中通入氮气，形成反应环境，并以时间为单位，分不同的阶段控制偏压及气压，利用电子轰击两种靶材，从而溅射出靶材粒子，并在气压的影响下，使得靶材粒子沉积在模具表面形成膜系，即多个靶材粒子包覆于模具的表面，从而涂层。其中，形成过渡层为控制反应炉内的偏压为20v-40v，气压为3.0pa，持续时间为80min，形成工作层为控制反应炉内的偏压为40-135v，气压3.0pa-5.0pa，持续时间为130min。
[0036]
可以理解，过渡层位于模具的表面，工作层位于过渡层的表面，即先生成过渡层后，在形成工作层，最终形成模具表面的涂层。通过分层的模式，使得最终形成的涂层硬度更高，耐磨性更强。
[0037]
可以理解，本实施例中的两种靶材分别为cral及lab6cral，且靶材的尺寸皆为直径160mm，厚度12mm，两种靶材的纯度皆大于99.98％。
[0038]
可以理解，在制备涂层时，添加la稀土元素，可进一步提高涂层热稳定性，增加涂层硬度。
[0039]
可以理解，反应炉为涂层机。
[0040]
可以理解，通过分阶段施加不同的偏压及气压来提高涂层与模具的附着力，减少涂层表面杂质沉积，从而提高涂层表面质量。在本实施例中，制备涂层时反应炉的偏压为20-140v,气压为2.0-5.0pa。
[0041]
可以理解，分阶段施加不同的偏压及气压即为，将利用电子轰击靶材的过程分解为多个阶段，每个阶段的偏压及气压不同，以使得靶材被轰击后的离子更好的在工件表面形成薄膜形式的涂层。
[0042]
进一步的，涂层lab6含量为5at.％，厚度为2.5～3.5μm。
[0043]
请参阅图2，步骤s1中还包括子步骤：
[0044]
s11，对模具表面进行抛光；
[0045]
具体的，将模具表面抛光为粗糙度小于ra0.4，抛光的方式可以是通过抛光机，也可以是利用砂纸人工打磨。
[0046]
s12，利用碱性缸清洗模具；
[0047]
具体的，碱性缸清洗为利用ph值大于7的清洗剂对模具进行清洗。
[0048]
s13，利用超声波清洗模具；
[0049]
具体的，超声波清洗(ultrasonic cleaning)是利用超声波在液体中的空化作用、
加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。
[0050]
s14，通过组合漂洗清洗模具；
[0051]
具体的，通过漂洗的方式，将步骤s12及步骤s13中清理出的污物洗掉，以实现模具的清洗。
[0052]
s15，对模具进行烘干；
[0053]
具体的，在模具清洗干净后，将模具上的水分通过加温烘干。
[0054]
请参阅图3，步骤s2还包括子步骤：
[0055]
s21，将反应炉抽气；
[0056]
具体的，反应炉未使用前，其内部具有空气，利用抽气的方式将空气抽离反应炉，使反应炉内部呈中空。
[0057]
s22，对反应炉加热；
[0058]
请参阅图4，步骤s3还包括子步骤：
[0059]
s31，加入氩气及氢气，形成反应环境；
[0060]
具体的，在反应炉内加入氩气及氢气的混合气体，形成便于制备不同色彩涂层的反应环境。
[0061]
可以理解，在反应炉中加入不同气体，对最终涂层形成的颜色会造成不同的影响，如加入的气体为氩气及氢气时，与单纯的加入氩气所制备的涂层最终颜色不同。
[0062]
s32，控制偏压及气压去除模具表面氧化物；
[0063]
具体的，通过控制偏压及反应炉内的气体，利用电子击打模具表面，以去除模具表面的氧化物。
[0064]
请参阅图5，步骤s4还包括子步骤：
[0065]
s41，设置反应炉内偏压为20v、气压为2.0pa的环境，持续60min；
[0066]
具体的，第一阶段在偏压20v、气压2.0pa的环境下，利用电子冲击靶材60min。
[0067]
s42，设置反应炉内偏压为40v、气压为3.0pa的环境，持续20min；
[0068]
具体的，第二阶段在偏压40v、气压2.0pa的环境下，利用电子冲击靶材20min。
[0069]
s43，设置反应炉内偏压为135v，气压为5.0pa的环境，持续100min；
[0070]
具体的，第三阶段在偏压135v、气压5.0pa的环境下，利用电子冲击靶材100min。
[0071]
s44，设置反应炉内偏压为40v，气压为3.0pa的环境，持续30min；
[0072]
具体的，第四阶段在偏压40v、气压3.0pa的环境下，利用电子冲击靶材30min。
[0073]
通过通过分阶段施加不同的偏压及气压来提高涂层与模具的附着力，减少涂层表面杂质沉积，从而提高涂层表面质量。
[0074]
可以理解，步骤s41至步骤s41为在模具表面上形成过渡层，步骤s43至步骤s44为在过渡层的表面形成工作层。
[0075]
与现有技术相比，本发明所提供的模具pvd涂层方法具有以下有益效果：
[0076]
通过在模具表面分阶段制备过渡层及工作层，并最终形成涂，层本发明方法可以提高模具表面硬度、耐磨性能，满足模具的工作条件，提高了模具寿命以及成型零件质量。
[0077]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保
护范围内。

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