CN102534481A - 被覆件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种被覆件，该被覆件包括基体、依次形成于基体上的铬层及氮化硅层。所述被覆件具有良好的高温抗氧化性及耐磨性。本发明还提供了所述被覆件的制造方法，在基体上通过磁控溅射镀膜法依次形成铬层及氮化硅层。

Description

被覆件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种被覆件及其制造方法。
背景技术
现有的镁、镁合金、铝或铝合金等低熔点材料的成型模具的材质通常为不锈钢。然而，在高温氧化性环境中，不锈钢基体表面易形成疏松的Cr2O3层；当温度逐渐升高，Cr2O3层变得不稳定并开始分解，使得不锈钢基体内部Fe、Ni等金属离子向Cr2O3层扩散，引起Cr2O3层出现裂纹、剥落等氧化失效现象，大大降低了不锈钢基体的高温抗氧化性。
此外，所述Cr2O3层的形成将使成型模具表面变得粗糙，如此将影响成型产品的外观、降低成型产品的良率，同时也会缩短成型模具的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能较好的解决上述问题的被覆件。
另外，还提供上述被覆件的制造方法。
一种被覆件，包括基体、依次形成于基体上的铬层及氮化硅层。
一种被覆件的制造方法，包括以下步骤：
提供基体；
以铬靶为靶材，于基体上磁控溅射铬层；
以硅靶为靶材，以氮气为反应气体，于铬层上磁控溅射氮化硅层。
本发明较佳实施例被覆件的制造方法在基体上通过磁控溅射镀膜法依次形成铬层及氮化硅层。所述铬层及氮化硅层的形成，可有效提高所述基体的高温抗氧化性；所述氮化硅层的形成还可防止氮化硅层被刮伤，从而使所述被覆件具有良好的耐磨性。
当被覆件为用于成型镁、镁合金、铝或铝合金等低熔点材料的成型模具时，所述被覆件高温抗氧化性的提高，可提高成型产品的良率，还可延长被覆件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的被覆件的剖视图；
图2为制造图1中镀膜件所用真空镀膜机的示意图。
主要元件符号说明
被覆件      10
基体        11
铬层        13
氮化硅层    15
镀膜机      100
镀膜室      20
真空泵      30
轨迹        21
第一靶材    22
第二靶材    23
气源通道    24
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施例的被覆件10包括基体11、依次形成于基体11上的铬层13及氮化硅(Si3N4)层15。
所述基体11的材质为不锈钢、模具钢或高速钢等。
该被覆件10为用于成型镁、镁合金、铝或铝合金等低熔点材料的成型模具。
所述铬层13及Si3N4层15可分别通过磁控溅射镀膜法形成。
所述铬层13的厚度为0.2～0.4μm。
所述Si3N4层15的厚度为0.3～0.6μm。
本发明一较佳实施例的被覆件10的制造方法主要包括如下步骤：
提供一基体11。该基体11可以通过冲压成型得到。
对该基体11进行预处理。该预处理可包括常规的对基体11进行化学除油、除蜡、酸洗、超声波清洗及烘干等步骤。
提供一镀膜机100，将所述基体11置于该镀膜机100内，采用磁控溅射镀膜法依次于基体11上形成铬层13及Si3N4层15。
如图2所示，该镀膜机100包括一镀膜室20及与镀膜室20相连接的一真空泵30，真空泵30用以对镀膜室20抽真空。该镀膜室20内设有转架(未图示)、二第一靶材22及二第二靶材23。转架带动基体11沿圆形轨迹21运行，且基体11在沿轨迹21运行时亦自转。二第一靶材22与二第二靶材23关于轨迹21的中心对称设置，且二第一靶材22相对地设置在轨迹21的内外侧，二第二靶材23相对地设置在轨迹21的内外侧。每一第一靶材22及每一第二靶材23的两端均设有气源通道24，气体经该气源通道24进入所述镀膜室20中。当基体11穿过二第一靶材22之间时，将镀上第一靶材22表面溅射出的粒子，当基体11穿过二第二靶材23之间时，将镀上第二靶材23表面溅射出的粒子。本发明中，所述第一靶材22为铬靶，所述第二靶材23为硅靶。
于该基体11的表面磁控溅射铬层13。形成所述铬层13的具体操作方法及工艺参数为：对该镀膜室20进行抽真空处理至本底真空度为8.0×10-3Pa，以氩气为工作气体，向镀膜室20内通入流量为100～200sccm的氩气，设置所述工件架的公转速度为0.5～3.0r/min(revolution per minute，转/分钟)，于基体11上施加-100～-300V的偏压，加热该镀膜室20至100～150℃(即镀膜温度为100～150℃)，开启安装于该镀膜室20内的第一靶材22的电源，设置其功率为5～10kw，沉积该铬层13。沉积该铬层13的时间为15～40min，沉积完毕后关闭所述第一靶材22的电源。
所述铬层13中的Cr原子在高温氧化环境下可与O原子结合形成Cr2O3保护膜，因而可有效防止基体11发生氧化而失效。
于该铬层13上形成Si3N4层15。形成该Si3N4层15的具体操作方法及工艺参数为：保持氩气流量及镀膜温度不变，于基体11上施加的偏压为-50～-100V，以氮气为反应气体，设置氮气的流量为40～120sccm，开启安装于所述镀膜室20内的第二靶材23的电源，设置其功率为3～5kw，沉积该Si3N4层15。沉积该Si3N4层15的时间为30～90min。
由于所述Si3N4层15具有较好的致密性、高硬度及高耐磨性，因此，所述Si3N4层15的形成可阻碍氧气向Si3N4层15内部扩散，从而可进一步防止基体11发生氧化而失效；此外，所述Si3N4层15的形成还可防止铬层13被刮伤，从而提高所述被覆件10的耐磨性。
关闭负偏压及靶材的电源，停止通入氩气及氧气，待所述Al2O3层17冷却后，向镀膜室20内通入空气，打开镀膜室20的门，取出镀覆有铬层13及Si3N4层15的基体11。
本发明较佳实施例被覆件10的制造方法在基体11上通过磁控溅射镀膜法依次形成铬层13及Si3N4层15。所述铬层13及Si3N4层15的形成，可有效提高所述基体11的高温抗氧化性；所述Si3N4层15的形成还可防止Si3N4层15被刮伤，从而使所述被覆件10具有良好的耐磨性。
当被覆件10为用于成型镁、镁合金、铝或铝合金等低熔点材料的成型模具时，所述被覆件10高温抗氧化性的提高，可提高成型产品的良率，还可延长被覆件10的使用寿命。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
(1)磁控溅射形成磁控溅射铬层13
对该镀膜室20进行抽真空处理至本底真空度为8.0×10-3Pa，以氩气为工作气体，向镀膜室20内通入流量为150sccm的氩气，于基体11上施加-200V的偏压，加热该镀膜室20至120℃(即镀膜温度为120℃)，开启第一靶材22的电源，设置其功率为8kw，沉积该铬层13。沉积该铬层13的时间为25min。
(2)磁控溅射形成Si3N4层15
保持氩气流量及镀膜温度不变，于基体11上施加的偏压为-50V，以氮气为反应气体，设置氮气的流量为80sccm，开启安装于所述镀膜室内的第二靶材23的电源，设置其功率为4kw，沉积该Si3N4层15。沉积该Si3N4层15的时间为60min。
实施例2
(1)磁控溅射形成磁控溅射铬层13
对该镀膜室20进行抽真空处理至本底真空度为8.0×10-3Pa，以氩气为工作气体，向镀膜室20内通入流量为150sccm的氩气，于基体11上施加-200V的偏压，加热该镀膜室20至120℃(即镀膜温度为120℃)，开启第一靶材22的电源，设置其功率为10kw，沉积该铬层13。沉积该铬层13的时间为30min。
(2)磁控溅射形成Si3N4层15
保持氩气流量及镀膜温度不变，于基体11上施加的偏压为-50V，以氮气为反应气体，设置氮气的流量为120sccm，开启安装于所述镀膜室内的第二靶材23的电源，设置其功率为5kw，沉积该Si3N4层15。沉积该Si3N4层15的时间为90min。
性能测试
将上述制得的被覆件10进行电磁屏蔽效能测试、百格测试、盐雾测试和高温高湿测试，具体测试方法及结果如下：
(1)高温抗氧化测试
采用管式热处理炉，以10℃/min的升温速率升温至800℃，并800℃下保温10h，然后冷却该热处理炉。
测试表明，由本发明实施例1及2所制得的被覆件10经800℃热处理10h后未见发生氧化、脱落等不良。可见，由本发明实施例方法所制得的被覆件10具有良好的高温抗氧化性。
(2)耐磨性测试
采用5700型线性耐磨性测试仪，在载荷为1kg力的作用下，以2英寸的滑行长度、25循环/分钟的循环速度摩擦被覆件10的表面。
结果表明，由本发明实施例1和2所制得的被覆件10在15个循环后均没有露出基材。可见，该被覆件10具有较好的耐磨性。

Claims (9)

1.一种被覆件，包括基体，其特征在于：所述被覆件还包括依次形成于基体上的铬层及氮化硅层。
2.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述铬层及氮化硅层分别通过磁控溅射镀膜法形成。
3.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述铬层的厚度为0.2～0.4μm。
4.如权利要求3所述的被覆件，其特征在于：所述氮化硅层的厚度为0.3～0.6μm。
5.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述基体为不锈钢、模具钢或高速钢。
6.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述被覆件为用于成型镁、镁合金、铝或铝合金的成型模具。
7.一种被覆件的制造方法，包括以下步骤：
提供基体；
以铬靶为靶材，于基体上磁控溅射铬层；
以硅靶为靶材，以氮气为反应气体，于铬层上磁控溅射氮化硅层。
8.如权利要求7所述的被覆件的制造方法，其特征在于：磁控溅射铬层的步骤采用如下方式实现：以氩气为工作气体，设置氩气流量为100～200sccm，于基体上施加-100～-300V的偏压，镀膜温度为100～150℃，设置铬靶的电源功率为5～10kw，沉积时间为15～40min。
9.如权利要求7所述的被覆件的制造方法，其特征在于：磁控溅射氮化硅层的步骤采用如下方式实现：以氩气为工作气体，设置氩气流量为100～200sccm，设置氮气的流量为10～100sccm、氧气的流量为10～100sccm；于基体上施加-50～-100V的偏压，镀膜温度为100～150℃，设置硅靶的电源功率为3～5kw，镀膜温度为100～150℃，沉积时间为30～90min。
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