CN102560350A - 被覆件及其制造方法 - Google Patents

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张新倍
陈文荣
蒋焕梧
陈正士
熊小庆
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Abstract

本发明提供一种被覆件，包括基体、依次形成于基体上的铬层、氮氧化铬层及氮化钛层。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、氮氧化铬层及氮化钛层。

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
现有的镁或镁合金、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氧化铬(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的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、氮氧化铬层及氮化钛层。
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；
以铬靶为靶材，以氮气及氧气为反应气体，于铬层上磁控溅射氮氧化铬层；
以钛靶为靶材，以氮气为反应气体，于氮氧化铬层上磁控溅射氮化钛层。
本发明被覆件的制造方法，在基体上通过磁控溅射镀膜法依次形成铬层、氮氧化铬层及氮化钛层。由于在高温氧化性条件下，所述铬层及CrON层均可有效防止基体发生氧化，如此可有效提高所述基体的高温抗氧化性；所述TiN层的形成可防止CrON层被刮伤，从而使所述被覆件具有良好的耐磨性。
此外，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
氮氧化铬层    15
氮化钛层      17
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、氮氧化铬(CrON)层15及氮化钛(TiN)层17。
所述基体11的材质为不锈钢、模具钢或高速钢等。
所述被覆件10可为用于成型镁、镁合金、铝或铝合金等低熔点材料的成型模具。
所述铬层13、CrON层15及TiN层17可分别通过磁控溅射镀膜法形成。
所述铬层13的厚度为100～200nm。
所述CrON层15的厚度为0.5～1μm。所述CrON层15中铬元素的质量百分含量为40％～60％，氧元素的质量百分含量为30％～50％，氮元素的质量百分含量为5％～15％。
所述TiN层17的厚度为0.4～1.2μm。
请一并参阅图2所示，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、CrON层15及TiN层17。
如图2所示，该镀膜机100包括一镀膜室20及连接在镀膜室20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作公转，且基体11在沿轨迹21公转时亦自转。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，可镀上第一靶材22表面溅射出的粒子；同理，当基体11穿过二第二靶材23之间时，可镀上第二靶材23表面溅射出的粒子。本实例中，所述第一靶材22为铬靶，所述第二靶材23为钛靶。
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，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5～15min。
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CrON层15。形成该CrON层15的具体操作方法及工艺参数为：保持氩气流量、镀膜温度、第一靶材22的电源功率及施加于基体11的偏压不变，以氮气及氧气为反应气体，设置氮气的流量为10～100sccm、氧气的流量为10～100sccm，沉积该CrON层15。沉积该CrON层15的时间为30～60min，沉积完毕后关闭所述第一靶材22的电源。
所述的CrON层15在其形成过程中可形成Cr-O及Cr-N两相化合物，该两相化合物同时形成可相互抑制各相晶粒的生长，从而可降低各相晶粒的尺寸，增强该CrON层15的致密性而达到阻碍氧气向CrON层15内部扩散的作用，可进一步防止基体11发生氧化。
于该CrON层15上形成TiN层17。形成该TiN层17的具体操作方法及工艺参数为：保持氩气流量、镀膜温度及施加于基体11的偏压不变，以氮气为反应气体，设置氮气的流量为60～120sccm，开启所述第二靶材23的电源，设置其功率为8～10kw，沉积该TiN层17。沉积该TiN层17的时间为30～90min。
所述TiN层17具有高熔点、高硬度及优异的耐磨性能，因此该TiN层17能够对CrON层15进行保护，防止CrON层15被刮伤。
关闭负偏压及靶材的电源，停止通入氩气及氧气，待所述TiN层17冷却后，向镀膜内通入空气，打开镀膜室门，取出被覆件10。
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、CrON层15及TiN层17。由于在高温氧化性条件下，所述铬层13及CrON层15均可有效防止基体11发生氧化，如此可有效提高所述基体11的高温抗氧化性；所述TiN层17的形成可防止CrON层15被刮伤，从而使所述被覆件10具有良好的耐磨性。
此外，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)磁控溅射形成铬层13
所述镀膜室20的本底真空度为8×10-3Pa，氩气流量为150sccm，施加于基体11上的偏压为-200V，设置镀膜温度为120℃，设置第一靶材22的电源功率为8kw，沉积该铬层13时间为5min。
(2)磁控溅射形成CrON层15
保持氩气流量、镀膜温度、第一靶材22的电源功率及施加于基体11的偏压不变，设置氮气的流量为30sccm、氧气的流量为40sccm，沉积该CrON层15的时间为40min。
(3)磁控溅射形成TiN层17
保持氩气流量、镀膜温度及施加于基体11的偏压不变，设置氮气的流量为60sccm，所述第二靶材23的电源功率为8kw，沉积该TiN层17的时间为60min。
实施例2
(1)磁控溅射形成铬层13
所述镀膜室20的本底真空度为8×10-3Pa，氩气流量为150sccm，施加于基体11上的偏压为-200V，设置镀膜温度为120℃，设置第一靶材22的电源功率为5kw，沉积该铬层13时间为10min。
(2)磁控溅射形成CrON层15
保持氩气流量、镀膜温度、第一靶材22的电源功率及施加于基体11的偏压不变，设置氮气的流量为60sccm、氧气的流量为80sccm，沉积该CrON层15的时间为60min。
(3)磁控溅射形成TiN层17
保持氩气流量、镀膜温度及施加于基体11的偏压不变，设置氮气的流量为100sccm，所述第二靶材23的电源功率为8kw，沉积该TiN层17的时间为30min。
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20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 (10)

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、氮氧化铬层及氮化钛层。
2.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述铬层、氮氧化铬层及氮化钛层分别通过磁控溅射镀膜法形成。
3.如权利要求1或2所述的被覆件，其特征在于：所述氮氮化钛层中铝元素的质量百分含量为40％～65％，氧元素的质量百分含量为30％～45％，氮元素的质量百分含量为5％～15％。
4.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100～200nm。
5.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述氮氧化铬层的厚度为0.5～1μm，所述氮化钛层的厚度为0.3～0.5μm。
6.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。
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；
以铬靶为靶材，以氮气及氧气为反应气体，于铬层上磁控溅射氮氧化铬层；
以钛靶为靶材，以氮气为反应气体，于氮氧化铬层上磁控溅射氮化钛层。
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5～15min。
9.如权利要求7所述的被覆件的制造方法，其特征在于：磁控溅射氮氧化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，设置氮气的流量为10～100sccm、氧气的流量为10～100sccm；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，镀膜温度为100～150℃，沉积时间为30～60min。
10.如权利要求7所述的被覆件的制造方法，其特征在于：磁控溅射氮化钛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，设置氮气的流量为60～120sccm，设置钛靶的电源功率为8～10kw，镀膜温度为100～150℃，沉积时间为30～90min。
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