專利名稱：模具基礎材料的涂層結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種涂層結構，具體為涂布模具基礎材料的涂層結構。更具體地，本發明涉及這樣一種涂層結構，其在涂布材料與基礎材料間提供良好粘附且在涂布時不引起開
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背景技術：
模具例如用于汽車鋼板的模具在使用時經受很大的壓力，其不期望地縮短它們的壽命。為了延長該壽命，通常對模具的表面進行涂布。使用的涂布材料的類型取決于最終的用途和期望的特性包括賦予耐磨性等而不同。圖I是示出對模具基礎材料進行涂布的常規工序的流程圖。參照圖1，涂布模具基礎材料的常規方法包括等離子體氮化處理(SllO)和PVD (物理氣相沉積)涂布(S120)。 在等離子體滲氮處理(SllO)中，將氮氣供入裝載有基礎材料的反應室，之后使供入的氮氣離子化。氮粒子滲入并擴散至基礎材料的表面，從而增加固化層的厚度。結果，可以增加基礎材料的硬度，可以賦予合適的韌性，且可以增強薄膜之間的粘附力。在PVD涂布(SI20)中，使用PVD用理想的涂布材料涂布基礎材料的表面。然而，金屬基礎材料的常規涂層結構在涂層與基礎材料之間具有低粘附力，不期望地弓I起分離容易，且導致硬度差且摩擦系數低。

發明內容
因此，牢記以上在相關技術中遇到的問題作出本發明。本發明的目的是提供模具基礎材料的涂層結構，其在涂布材料與基礎材料丨司提供聞粘附力且在涂布時不引起開裂。本發明的一方面提供模具基礎材料的涂層結構，包括在基礎材料的表面形成的離子滲氮層、在離子氮化層上形成的中間涂層、和在中間涂層上形成的表面涂層。在這方面，中間涂層和表面涂層可以使用，例如，AlTiCrN, AlCrSiN, AlTiSiN或AlTiCrSiN來形成。在這方面，可以通過使基礎材料的表面進行等離子體處理而形成離子滲氮層。在各個實施方式中，離子滲氮層可以形成為具有適當的厚度，例如約80 120 μ m的厚度，中間涂層和表面涂層可以形成為具有合適的厚度，例如約4 16 μ m的厚度，并且表面涂層可以形成為具有合適的厚度，例如約2μπι或更小的厚度。例如，表面涂層的厚度可以是任何大于O的值，例如約O. 05 μ m或更大、約O. Ιμ 或更大、約O. 2μπι或更大、約O. 3μπι或更大、約O. 4 μ m或更大、約O. 5 μ m或更大、約O. 6 μ m或更大、約O. 7 μ m或更大、約O. 8 μ m或更大等，直至約2 μ m的范圍。在此方面，涂層結構還可以包括在表面涂層的表面上的TiC涂層。該TiC涂層可以形成為具有適合的厚度，例如約O. I O. 3μπι的厚度。


本發明的以上和其它目的、特征和優勢將會從以下與附圖結合的詳細描述中更加清楚地進行理解，其中圖I是示出模具基礎材料的常規涂布工序的流程圖；圖2是示出根據本發明的實施方式的模具基礎材料的涂層結構的示意圖；圖3是具體示出圖2的涂層的視圖；且圖4是示出根據本發明的實施方式的模具基礎材料的涂層結構的照片。
具體實施例方式在下文中，本發明的優選實施方式將參考附圖進行說明。除非特別說明或從上下文明顯得到，否則本文所用的術語“約”理解為在本領域的正常容許范圍內，例如在均值的2個標準偏差內。約可以理解為在所述數值的 8%,7%,6%,5%,4%,3%,2%U%>0. 5%,O. 1%,0. 05%或O. Ol% 內。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數值都由術語約修飾。圖2示意性地示出根據本發明的實施方式的模具基礎材料的涂層結構，圖3具體示出圖2的涂層，且圖4為示出根據本發明的實施方式的模具基礎材料的涂層結構的照片。如圖2至圖4所示，根據本發明的實施方式的模具基礎材料的涂層結構包括形成在基礎材料的表面的離子滲氮層，接下來是中間涂層和表面涂層。可以通過使基礎材料的表面進行等離子體處理而形成離子滲氮層。可以通過用摻碳氮化物涂布離子滲氮層的表面而形成中間涂層和表面涂層。如此，可以將模具的基礎材料形成為用于汽車鋼板等的在使用時可承受大量的壓力的模具。此外，根據本發明的模具基礎材料還可以包括其它用于模具的基礎材料。根據本發明的實施方式，可以通過將用于模具的基礎材料裝入反應室內并使基礎材料的表面進行等離子體滲氮處理而形成離子滲氮層。如此，用等離子體活化的氮滲入并擴散至基礎材料中，從而形成離子滲氮層。根據示例性實施方式，該離子滲氮層的形成可以如下進行。在裝載基礎材料之前，使反應室的內部真空化，之后將氫(H2)氣和氬(Ar)氣充入反應室，從而可以進行濺射。隨后將基礎材料裝入反應室中，并且進行濺射來清潔基礎材料的表面并使基礎材料的表面狀態不穩定，其在隨后的滲氮處理中促進氮氣的滲入和擴散。隨后，將氫(H2)氣和氮(N2)氣供入反應室中并向其施加電壓，從而可以進行滲氮處理。滲氮處理可以于氮在反應室中被激活的條件下進行適當的時間，例如，約8 15小時。在形成離子滲氮層時，工序溫度可以適當地提高，例如，約460 490°C。從基礎材料的表面朝向其內部形成的離子滲氮層和化合物層的總厚度可以是約80 120 μ m。如果朝向基礎材料的表面的內部形成的離子滲氮層和化合物層的總厚度太薄，例如小于約80 μ m,實現基礎材料的必要硬度和韌性以及增強基礎材料與涂層之間的粘附力變得困難。隨著離子滲氮層和化合物層的總厚度變大，可以有效地顯示上述效果(即，適當的硬度、韌性和粘附)。然而，如果上述距離基礎材料的表面的厚度太大，例如超過約120 μ m,所得的層變得難以滲入和擴散活化氮。在離子滲氮處理完成之后，在離子滲氮層的表面上選擇性地形成精細且堅固的氮化物薄膜例如CrN層。由此形成氮化物薄膜，從而對基礎材料的表面賦予耐沖擊性。在氮化物薄膜上方，形成涂層。具體而言，通過用合適的材料例如摻碳氮化物涂布離子滲氮層的表面來形成涂層。應該理解的是，取決于最終用途和由此所賦予的期望的特性包括例如賦予硬度、耐腐蝕性、耐磨性等，涂布材料的類型可以變化。如此，可以使用任何合適的涂布材料且可以通過考慮這些期望的特性和最終用途而對其進行選擇。例如，因為汽車鋼板用模具需要高硬度、高耐磨性、和高耐熱性，可以適當地采用例如AlTiCrN、AlCrSiN, AlTiSiN, AlTiCrSiN等的金屬氮化物化合物。根據各個實施方式，可以使用CVD(化學氣相沉積)或PVD來形成由金屬氮化物化合物構成的涂層。而且，為了制備高密度等離子體以形成涂布材料納米粒子并實現高速的涂布，可以應用電弧、HIPIMS (高功率脈沖磁控濺射)、ICP (電感耦合等離子體)等。中間涂層和表面涂層可以形成為具有合適的厚度以賦予期望的特性，例如約4 16 μ m的厚度。如果中間涂層和表面涂層的厚度太小,例如小于約4 μ m，通過涂布對基礎材料賦予不足的硬度和耐磨性。另一方面，如果中間涂層和表面涂層的厚度太大，例如超過約 16 μ m，當在基礎材料上形成精細圖案時，因該精細圖案而可能使形成貫穿基礎材料具有均一厚度的涂層變得困難，而且涂布成本可能過度地增加。根據本發明的實施方式，可以通過使中間涂層(其涂布有金屬氮化物化合物)的表面摻雜碳，由此形成金屬碳氮化物化合物來形成表面涂層。具體來說，將由金屬氮化物化合物構成的中間涂層的表面摻雜碳以生成金屬碳氮化物化合物，由此增加摩擦系數和耐磨性。如此，使用甲烷、乙炔、和苯氣來摻雜碳，并且金屬氮化物化合物還一起摻雜了氮氣。摻有碳和氮的金屬氮化物化合物包括，例如，AlTiCrCN, AlCrSiCN, AlTiSiCN,AlTiCrSiCN,其具有低摩擦以及優異的耐熱性和耐磨性。摻有碳的表面涂層的厚度是，例如約2μπι或更小。在一些實施方式中，為了進一步使低摩擦的特性最大化，還可將TiC層施加在摻有碳的表面涂層的表面上。TiC層的厚度可以改變以增強該低摩擦，例如可以是約O. I 3 μ m 厚。以下的表I示出根據本發明的實施例的模具基礎材料的特性(涂布材料的特性在表中詳述)，還示出與所述比較例的特性相比的這些特性。表I實施例和比較例的特性
權利要求
1.一種模具基礎材料的涂層結構，包括 在基礎材料的表面形成的離子滲氮層； 使用AlTiCrN、AlCrSiN、AlTiSiN或AlTiCrSiN在所述離子滲氮層上形成的中間涂層；和 使用AlTiCrCN、AlCrSiCN, AlTiSiCN或AlTiCrSiCN在所述中間涂層上形成的表面涂層。
2.如權利要求I所述的涂層結構，其中通過使所述基礎材料的表面進行等離子體處理而形成所述離子滲氮層，所述離子滲氮層具有約80 120 μ m的厚度。
3.如權利要求2所述的涂層結構，其中所述中間涂層和所述表面涂層具有約4 16 μ m的總厚度。
4.如權利要求3所述的涂層結構，所述表面涂層的厚度為約2μπι或更小。
5.如權利要求I所述的涂層結構，還包括在所述表面涂層的表面上的TiC涂層，所述TiC涂層具有約O. I O. 3 μ m的厚度。
6.一種形成模具基礎材料的涂層結構的方法，包括 在基礎材料的表面形成離子滲氮層； 使用AlTiCrN、AlCrSiN、AlTiSiN或AlTiCrSiN在所述離子滲氮層上形成中間涂層；和 使用AlTiCrCN、AlCrSiCN, AlTiSiCN或AlTiCrSiCN在所述中間涂層上形成表面涂層。
7.如權利要求6所述的方法，其中形成所述離子滲氮層的步驟包括使所述基礎材料的表面進行等離子體處理。
8.如權利要求6所述的方法，其中將所述離子滲氮層形成為具有約80 120μ m的厚度，并且將所述中間涂層和所述表面涂層形成為具有約4 16 μ m的總厚度。
9.如權利要求6所述的方法，其中形成所述中間涂層和所述表面涂層的步驟包括用摻碳氮化物涂布所述離子滲氮層的表面。
10.如權利要求6所述的方法，還包括在所述表面涂層的表面上形成TiC涂層，所述TiC涂層具有約O. I O. 3 μ m的厚度。
全文摘要
本發明涉及模具基礎材料的涂層結構，其在涂布材料與基礎材料之間表現出良好粘附，且在涂布時不引起開裂。該涂層結構包括在基礎材料的表面形成的離子滲氮層、使用AlTiCrN、AlCrSiN、AlTiSiN或AlTiCrSiN在離子滲氮層上形成的中間涂層、和使用AlTiCrCN、AlCrSiCN、AlTiSiCN或AlTiCrSiCN在中間涂層上形成的表面涂層。
文檔編號C23C28/00GK102817032SQ20111039121
公開日2012年12月12日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年6月10日
發明者車星澈, 金注喆, 吳承澤, 樸建昱, 李斗煥, 樸炫達, 孔鎬榮 申請人:現代自動車株式會社