CN103659954B - 一种耐磨钢模板及制备方法 - Google Patents

Abstract

耐磨钢模板，在金属基板上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、过度钛镀层、陶瓷合金镀层；金属基平板的长与宽尺寸是2.5-6.5米和1.22-2.5米。钛镀层、氮化钛镀层、过度钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20—80纳米、2—6微米、20—80纳米、2—6微米。在陶瓷合金镀层表面再镀钛镀层和陶瓷合金镀层,钛镀层和陶瓷合金镀层的厚度分别为100—350纳米和2—6微米。本发明的使用寿命可以达到和超过现有电镀铬的钢模板使用寿命的千倍以上并彻底改变了原来钢模板退铬、镀铬、研磨、翻新工序对环境污染的状态，节省和减少大量人、财、物的浪费。本发明的膜表面的硬度达2500-3400HV。

Description

一种耐磨钢模板及制备方法

技术领域

本发明涉及一种板业制备的重要装备，尤其是耐磨钢模板及制备方法。

背景技术

现有建材市场上销售的复合地板、各种饰面板、吊顶板，家俱板、高压防火板等多种板材，大多采用电镀后的钢模板通过热压机压制而成。但是现有板材表面经常复合一层硬度达到HV1600-1800左右的25—60微米的氧化铝颗粒的压贴物，要求生产表层覆有氧化铝耐磨层的高光亮度的镜面板，耐磨复合地板和耐磨防火板及办公家居、交通运输、轻工等耐磨人造板材时，现有的钢模板是以化学电镀硬铬的钢模板，其表面硬度HV1000多一点,不能达到氧化铝颗粒的压贴物的硬度，难以达到钢模板自身耐磨的要求，目前只能依靠对钢模板反复进行退铬、镀铬研磨维修甚至一天多次更换钢模板来维持生产，该法是极不经济也不环保的无奈之举，不能满足装饰板行业的需求。且化学电镀方法对环境的污染大。

现有陶瓷合金的PVD方法主要用于刀具,未见有大幅度耐磨钢模板的制备及产品报导。

发明内容

本发明的目的是：提出一种耐磨钢模板及PVD制备的方法，其具有大的尺寸(幅面)，表面硬度高的多层结构的耐磨钢模板，不但有高耐磨性能，而且表面硬度高且脆性低，同时有非常好的使用寿命即耐久性。

本发明的技术方案是：耐磨钢模板，在金属基板上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、过度钛镀层、陶瓷合金镀层；金属基板的长与宽尺寸是2.5-6.5米和1.22-2.5米。

所述钛镀层、氮化钛镀层、过度钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20—80纳米、2—6微米、20—80纳米、2—6微米。

进一步的，在陶瓷合金镀层表面再镀钛镀层和陶瓷合金镀层,钛镀层和陶瓷合金镀层的厚度分别为100—350纳米和2—6微米。

所述钢模板上所涂的陶瓷合金为氮化物和硼化物,氮铝钛合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金，材料的表面硬度达到2500—3400HV或更高。钢模板双面都镀有镀层。

上述的耐磨钢模板的制造方法，其特征是钢模板的金属基板表面经洁净处理和离子源清洗处理，用真空物理沉淀方法进行镀层覆盖，金属基板的温度控制在150-200℃；先镀20—80纳米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛厚度2—6微米，过度钛镀层20—80纳米、陶瓷合金镀层2—6微米，过度钛镀层氮化钛成分中逐渐降低镀材中氮的含量过渡到纯钛，在纯钛表面镀覆陶瓷合金膜，陶瓷合金为包括氮铝钛合金、氮化铬、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金。

进一步，在上述镀层上进行物理镀,仍镀0.1-0.3微米纯钛，再镀陶瓷合金，陶瓷合金为氮化物和硼化物：氮铝钛合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金。

进一步，钢模板双面都镀有膜层。

陶瓷合金镀层由多层叠加而成，每层厚度控制在≤0.08微米。

耐磨钢模板，金属基板上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、陶瓷合金镀层。金属基平板的长与宽尺寸是2.5-6.5米和1.22-2.5米。

耐磨钢模板的表面硬度高，金属基板采用不锈钢板。

陶瓷合金为氮化物和硼化物,氮铝钛合金、氮化铬、氮碳化钛(TiCN)、铬铝合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、氮化物或硼化物，或钛铌合金。材料的表面硬度可以达到2500—3400HV或更高。

利用本发明表面为陶瓷合金镀层的耐磨钢模板，可以加工出高亮度镜面板、柔光板和具有浮雕图案的板材，可以压贴三氧化二铝耐磨贴纸，且经久耐用。利用本发明的钢模板加工的对象也可以是耐磨强化地板、各种装饰板、隔断板等。制作耐磨钢模板配套的不锈钢板基材尺寸为1.22m×2.5m至2.5m×6.5m，当然用户应根据加工设备的大小选择与尺寸匹配的耐磨钢模板。

本发明的耐磨钢模板，在金属基板上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、过渡钛镀层、陶瓷合金镀层；金属基板的长与宽的尺寸分别为2.5-6.5米和1.22-2.5米；钛镀层、氮化钛镀层、过渡氮化钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20—80纳米、2—6微米、20—80纳米、2—6微米；在陶瓷合金镀层表面再镀100—350纳米的钛镀层和2—6微米的陶瓷合金镀层；陶瓷合金是氮铝钛合金、氮铬铝合金或钛铌合金之一。耐磨钢模板的制造方法，钢模板的金属基板表面经洁净处理和离子源清洗处理，用真空物理沉淀方法进行镀层覆盖，金属基板的温度控制在150-200℃，采用包括真空离子镀如磁控溅射镀等方式；先镀20—80纳米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛厚度2—6微米，过度钛镀层20—80纳米、陶瓷合金镀层2—6微米，过度钛镀层氮化钛成分中逐渐降低镀材中氮的含量过渡到纯钛，在纯钛表面镀覆陶瓷合金膜，陶瓷合金包括氮铝钛合金、氮化铬、氮化铝、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、氮化物或硼化物，或钛铌合金等。实测硬度2800-3400HV，膜的结合力达到1.6kgf—2.0kgf，尤其是达到1.8kgf—2.0kgf。

电弧钛靶或陶瓷合金材料靶的功率控制在15—20V、80—130A，此工艺可以降低靶面温度，增强电磁场的旋转速率，是获得靶材离子纳米级的有效方法，膜层均匀光亮细洁。

陶瓷合金为氮化物和硼化物：氮铝钛合金、氮化铬、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、氮化物或硼化物，或钛铌合金等。

本发明钢模板能更长使用周期应用于生产出各种装饰、地板等材料，尤其是大尺幅耐磨钢模板的耐磨指标更好，膜不会裂纹，可用于镜面板模板的制备，无须退铬镀铬返修；且本发明模压板的生产过程是绿色环保的，无任何污染。该模压板问世将减少大量返修镀铬的污染难题。

本发明的有益效果是：陶瓷合金涂布技术已在小型工具镀上广泛应用，如今该技术要在2500mm×6500mm的大幅面钢模板上有效应用，是该领域专业人士多年一直想攻克的难题，不单纯是在镀的过程中要有效管控钢模板变形的问题还要提高镀层优越的结合力，降低镀层的脆性的同时尤为重要的是还要控制提高钢模板表面镀层的硬度和光亮度，这是该技术攻克的难点所在。控制工件温度在150℃—200℃以内，可以保持板面的相对平整。加上膜层结构的特殊设计，膜层韧性特别好，硬度特别高，不易崩膜，结合力提高。本发明耐磨钢模板具有大幅面、高耐磨且表面硬度高、脆性低及经久耐用，本发明的使用寿命可以达到和超过现有电镀铬的钢模板使用寿命的千倍以上并彻底改变了原来钢模板退铬、镀铬、研磨、翻新工序对环境污染的状态，节省和减少大量人、财、物的浪费。本发明的膜表面的硬度达2500-3400HV，可以抵抗1800HV左右硬度的25—60微米的氧化铝颗粒的压贴物，该耐磨钢模板不会被损伤。本发明耐磨钢模板耐磨试验的结果如下：现有技术的镀铬镜面板与镀陶瓷合金的镜面板，在同等条件下采用120目刚玉砂纸、压力1000克做磨擦试验，镀铬镜面板擦一次表面就会出现明显划伤，而镀陶瓷合金的镜面板磨擦10000次，表面未见划伤的痕迹。本发明解决了钢模板耐磨之难题，是一种寿命延长成百倍的大尺幅耐磨钢模板。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

金属基板1上依次设有钛镀层2、氮化钛镀层3、过渡钛镀层4、陶瓷合金镀层5。钛镀层、氮化钛镀层、过渡钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20—80纳米，尤其是控制在50纳米左右、2—6微米，20—80纳米、2—6微米。实测该陶瓷合金镀层与钢板的结合力达1.8—2kgf，硬度达2500—3400HV，而且有很好的柔性，可以抵抗25—60微米的氧化铝颗粒的压贴物而该耐磨钢模板不会被损伤。

实施例1，本发明的制备方法，先镀0.08微米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛达2或4微米均可，过渡钛镀层即氮化钛过渡到纯钛0.08微米(通过调节真空中氮气的量逐渐降低，保持钛源的蒸发)，再在纯钛上镀陶瓷合金，如氮铝钛至需要厚度2或5微米，实测硬度为2500—2800HV，结合力1.6kgf—2.0kgf。不锈钢基板和靶材的温度在160摄氏度。

以上陶瓷合金为氮化物和硼化物：氮铝钛合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金。

硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金可制备成合金靶材,也可以每种金属置一靶源的多靶离子镀设备。

实施例2，本发明的制备方法，先进行真空条件下离子清洗5-15分钟再进行物理镀,仍镀0.08微米纯钛，然后镀3微米氮化钛，再后镀0.15微米氮化钛过渡层至纯钛,再镀硼化钛至3微米厚度陶瓷合金，结合力2kgf，实测硬度2600—2800HV。不锈钢基板和靶材的温度在180摄氏度。

实施例3，本发明大尺幅高耐磨模压板的制备方法，采用不锈钢基板，不锈钢板基材尺寸为2.5m×6.5m，离子清洁后经氮化表面处理硬度达900HV，干燥后固定工件移动靶材或固定靶材移动工件；真空离子膜的靶材可以是管状靶；镀膜过程工件的温差控制不锈钢基板和靶材的温度控制的温度差小于50摄氏度，不锈钢基板和靶材的温度在150摄氏度，降温后完成一层膜的生长；下一层膜的施镀从控制不锈钢基板和靶材的温度在200摄氏度实现。陶瓷合金为钛铌合金，3-6微米即可,表面硬度3000—3400HV。

模压板镀膜后的光泽度与基板的光泽有关，镀膜后的模压板必要时可以进行抛光处理。抛光材料可以用W1—W10的金刚石磨片、W5—W35锆刚玉磨片或氧化铝磨片。

陶瓷合金镀层由多层叠加而成，每层是指靶或工件的一次移动(往返移动成一个周期)，一个移动周期宽度的膜厚度控制在≤0.08微米，一次移动膜厚0.02微米左右。

镀陶瓷合金时可以是硼化钛和氮化钛每个周期或几个周期的规律进行交替镀，共同镀成3-5微米。

本发明的耐磨钢模板的制造方法:各种规格钢模板基板经过超声波清洗，离子蚀刻、彻底清洁钢模板基板表面，通过电弧离子镀和磁控溅射、等离子溅射等手段和先进的多层叠加镀膜工艺，并有效控制钢模板在加工过程中受热变形，钢模板经过多种涂覆工艺的处理获得表面具有5-12微米厚镀层的陶瓷合金的耐磨钢模板。靶源的电弧功率控制在15—20V、80—180A。电磁线圈控制在15V—20V、1—4A。

陶瓷合金的实施例如下:铬铝合金HV3000——3200,钛铌合金HV3200——3400,硼化钛合金HV2600——2800,硼化锆合金HV2800——3000,硼化钨合金HV2300——2500。磁控溅射的功率控制在60KW450—500V。

本发明耐磨钢模板的制造方法，钢模板的金属基板表面经洁净处理和离子源清洗处理，用真空物理沉淀方法进行镀层覆盖，金属基板的温度控制在150-200℃，采用包括真空离子镀如磁控溅射镀等方式；先镀50—150纳米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛厚度2—6微米，过度钛镀层50—150纳米、陶瓷合金镀层2—6微米，过度钛镀层氮化钛成分中逐渐降低镀材中氮的含量过渡到纯钛，在纯钛表面镀覆陶瓷合金膜，陶瓷合金为包括氮铝钛合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、钛铌合金等。实测硬度2500—3400HV，膜的结合力达到1.6gf—2kgf。

电弧钛靶的电磁线圈功率控制在15—20V、1—4A，冷却循环水温控制在≤12℃。电弧钛靶的功率控制在15—20V、80—130A，此工艺可以降低靶面温度，增强电磁场的旋转速率，是获得靶材离子纳米级的有效方法，膜层均匀光亮细洁。

陶瓷合金为氮铝钛合金、氮化铬、氮化铝、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金、硼化钛合金、氮化物或硼化物，或钛铌合金等。实测硬度2800-3400HV，膜的结合力达到1.6kgf—2.0kgf，尤其是1.8kgf—2.0kgf。

双面都涂有硬质陶瓷陶瓷合金镀层，可以双面使用，也可以单面使用。

采用现有的多弧型离子镀膜机，其镀膜室为平面(矩型)镀膜腔室，因工件面积大,故工件或靶在镀室中是往复运动的,每运动一个周期镀一层膜,箱体两壁均装有电弧靶和磁控溅射靶。镀膜室内装有加热器，镀膜室顶部装有传动装置。这种镀膜机装机容量大，适用于镀制不锈钢板及其制品等。

离子镀以TiAl为例，TiAl电弧离子镀可采用如TiAl合金靶材和Ti、Al独立靶材制备了TiAlN硬质膜层。TiAl合金靶材和Ti、Al组合靶制备的TiAlN膜层均显著提高了TC4合金表面的硬度、承载能力、抗滑动磨损和耐固体粒子冲刷磨损性能,但是TiAl合金靶制备的TiAlN膜层晶粒更为细致。本发明以上实施例以上膜层全是多层叠加而成，每镀一层厚度≤0.08微米。除清洗烘干温度为200℃左右，镀膜温度控制在150℃左右。靶材冷却水温度控制在12℃左右。氮铝钛合金、氮化铬等氮化物时通过膜室中充有氮气及使用铝钛合金靶或铬靶。

电弧离子镀涂层系统，分子泵通过抽气口对真空室进行抽气。真空室内壁为靶材，真空室外面用线圈作电磁场，当工作时，等离子体被紧密的束缚在真空室中，工件完全浸没在等离子体中。自动控制电磁场的电弧靶可提供高度离化的金属离子，大幅度提高涂层效率。

本发明的硬度的测量采用HV-1000ZDT自动转塔显微硬度计。测量范围1-4000HV。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.耐磨钢模板，其特征是在金属基板上依次镀有钛镀层、氮化钛镀层、过渡钛镀层、陶瓷合金镀层；金属基板的长与宽的尺寸分别为2.5-6.5米和1.22-2.5米；钛镀层、氮化钛镀层、过渡氮化钛镀层、陶瓷合金镀层的厚度分别为20—80纳米、2—6微米、20—80纳米、2—6微米；在陶瓷合金镀层表面再镀100—350纳米的钛镀层和2—6微米的陶瓷合金镀层；陶瓷合金是氮铝钛合金、氮铬铝合金或钛铌合金之一。

2.权利要求1所述的耐磨钢模板的制备方法，其特征是钢模板的金属基板表面经离子源清洗处理，用真空物理沉淀方法进行镀层覆盖，金属基板的温度控制在150-200℃；先镀20—80纳米纯钛，然后逐步加氮气镀氮化钛、厚度2—6微米，然后镀20—80纳米过渡钛镀层，过渡钛镀层是逐渐降低氮化钛镀材中的氮含量到纯钛，然后在纯钛表面镀覆2—6微米陶瓷合金镀层；陶瓷合金为氮铝钛合金、氮铬铝合金、硼化钨合金、硼化锆合金或钛铌合金。

3.根据权利要求2所述的耐磨钢模板的制备方法，其特征是钢模板双面都镀有镀层。

4.根据权利要求2所述的耐磨钢模板的制备方法，其特征是陶瓷合金由多层叠加而成，每层厚度控制在小于等于0.08微米。