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模具的失效绝大多数是从表面开始的,因而利用各种表面处理技术在模具表面形成具有一定厚度的强化层以提高模具各种性能和延长其服役寿命具有重大意义。渗氮作为一种表面扩散工艺开发至今己70余年,现在使用较普遍的技术是气体渗氮和离子渗氮。对于离子渗氮,其工艺简单,渗氮时间短,渗层较深,但表面显微硬度较低,而气相沉积可以把表面显微硬度提高相当高的水平,但镀层较薄,还是不能满足工业生产要求。把渗氮与气相沉积相结合的复合处理技术则是一项更新的技术,近些年引起了广泛注意。
本文采用离子氮化(PN)及金属有机物等离子体化学气相沉积(MOPCVD)复合处理方法在热作模具钢H13上制备强化层及TiiCN薄膜。采用X-射线衍射仪、金相显微镜和显微硬度仪等分析手段,重点研究了渗氮温度和时间、渗氮气氛以及工作气压对离子渗氮渗氮层组织及性能的影响;采用显微硬度测试研究了TPT蒸发温度对MOPCVD法沉积TiCN膜硬度的影响,从而获得了高硬度的TiCN膜,并采用XRD、SEM及能谱分析等方法对其物相结构和组织形貌进行分析和观察,用显微硬度测试和划痕试验对其性能进行评价,得出如下研究结果：
(1)通过优选,得出H13钢离子渗氮处理的条件为：温度为540～560℃,渗氮时间为4～6 h,工作气压为533～1066 Pa。这样既可以保证H13钢表面有足够的化合物层和扩散层厚度,又有较好的强韧性。
(2)TPT最佳的蒸发温度为105℃,在此条件下制备下的TiCN薄膜,其表面较为光滑,颗粒细小,膜厚约1μm,硬度最高达1715HV0.025。
(3)与单一采用MOPCVD工艺制备TiCN膜相比较,复合处理制备的TiCN膜表现出了较为平缓的硬度梯度和较好的膜/基结合强度。