CN106903832A - 一种用于增亮膜成型的模具辊及其制造方法 - Google Patents

一种用于增亮膜成型的模具辊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于复合增亮膜成型加工的模具及其制造方法，特别涉及一种用于增亮膜成型的模具辊及其制造方法。为了解决现有用于形成棱镜结构的镀镍模具辊的硬度大、对金刚石刀具的磨损大、加工困难的问题，本发明提供一种用于增亮膜成型的模具辊及其制造方法。该模具辊包括钢辊芯，所述钢辊芯的表面预镀一层镍镀层，在镍镀层的表面设置有铜镀层，在铜镀层上雕刻棱镜结构，在棱镜结构的表面设置铬镀层。所述镍镀层的厚度为8‑10μm；所述铜镀层的厚度为350‑1000μm，铜镀层的硬度为HV200至HV280；所述铬镀层的厚度为1‑5μm，铬镀层的硬度为HV800至HV1000。本发明提供的模具辊易于加工，成本低。

Description

一种用于增亮膜成型的模具辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种应用于复合增亮膜成型加工的模具及其制造方法，特别涉及一种用于增亮膜成型的模具辊及其制造方法。
背景技术
增亮膜是液晶显示器LCD的背光源模组构成材料的一部分，其作用是将均匀散射在各个方向的光线汇聚到背光的正面中心视角(相对发光面法线±35°)以内，显著提高背光源的正视亮度，减少低出射角(相对于发光面)散射光线的损失。
增亮膜一般采用等腰直角三角形的长条形微棱镜(Prism)结构，通过光线在棱镜侧面的折射、全反射以及棱镜之间的多次折射，产生光线的正视累积效果和回收利用效果，实现对绝大部分光线的出射角控制。
增亮膜的生产通常都是采用UV涂布光固化设备，在加工好的模具辊上通过光固化UV胶成型工艺技术，实现微细光学结构的成型，其中最关键的技术就是在成型模具辊上雕刻设计好的棱镜结构。目前国内的大部分增亮膜生产厂家的做法，是在加工好的钢辊上镀一层适合金刚石刀具加工的金属镀层，通常是铜，再使用超精密金刚石雕刻机雕刻出所需要的微细棱镜结构的表面，用于增亮膜的成型加工。但是这种方法，由于铜的表面硬度较低，又容易在空气中逐渐氧化劣化，造成成型产品的外观和性能的不良，在应用中，往往由于成型模具辊需要反复雕刻而影响实际生产效率，增加生产成本。也有些公司采用的金属镀层为镍，大大提高了模具辊的耐用性，但是镍辊的硬度较大，对金刚石刀具的磨损很大，造成成型模具辊的加工难度和成本上升，而且镀镍辊在成型加工时，容易造成UV胶水残留在表面，形成残胶异物，难以清除，影响成型产品的外观性能。
因此，有必要研发一种具有高的表面硬度和耐久性的成型模具辊来解决上述问题
发明内容
为了解决现有用于形成棱镜结构的镀镍模具辊的硬度大、对金刚石刀具的磨损大、加工困难的问题，本发明提供一种用于增亮膜成型的模具辊及其制造方法。该模具辊用于加工增亮膜的棱镜结构。本发明提供的模具辊易于加工，成本低。进一步的，本发明提供的模具辊克服了现有镀镍模具辊在制备增亮膜的过程中，容易造成UV胶水残留在模具辊表面，不易清洗的缺陷。本发明提供的模具辊在制备增亮膜的过程中不易挂胶，便于清洗，使用时间长。
本发明提供一种模具辊，该模具辊包括钢辊芯，所述钢辊芯的表面预镀一层镍镀层，在镍镀层的表面设置有铜镀层，在铜镀层上雕刻棱镜结构，在棱镜结构的表面设置铬镀层。
进一步的，在所述的模具辊中，所述镍镀层的厚度为8μm至10μm；所述铜镀层的厚度为350μm至1000μm；所述铬镀层的厚度为1μm至5μm。
进一步的，在所述的模具辊中，所述铜镀层的硬度为HV200至HV280；所述铬镀层的硬度为HV800至HV1000。
所述镍镀层也称为底层。所述铜镀层也称为基础镀层。所述铬镀层也称为增强镀层。
进一步的，所述铜镀层的硬度为HV230至HV280。
进一步的，在所述的模具辊中，镍镀层的厚度为9-10μm，铜镀层的厚度为600-1000μm；所述铬镀层的厚度为3-5μm。前述模具辊在实施例3、6和7中描述。
本发明还提供所述的模具辊的制备方法，所述方法包括下述步骤：
(1)钢辊芯的前处理：先用金属清洗剂清洗，再用清水冲洗，最后用3％-5％的稀硫酸对辊芯表面进行活化，所述的百分含量为重量百分含量；
(2)预镀镍镀层：在钢辊芯表面预镀一层8μm至10μm厚的镍镀层；镍镀层也称为底层；
(3)电镀厚铜：镀好镍镀层之后，对模具辊表面进行打磨清洗，之后电镀铜镀层；
(4)雕刻模具辊的铜镀层，形成具有微棱镜结构的表面；
(5)电镀铬镀层：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，电镀铬镀层。
可以优化工艺，改善电镀质量。
进一步的，在所述的模具辊的制备方法中，电镀镍镀层的方法如下：
镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含250-320g/L的硫酸镍，40-55g/L的氯化镍作为阳极活化剂，35-55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，1-3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3-4A/dm2的施镀电流，进行15-20分钟，得到镍镀层。
可用NaOH调节镀液的pH值。
进一步的，在所述的模具辊的制备方法中，电镀铜镀层的方法如下：
镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含180-270g/L的硫酸铜，55-65g/L的硫酸，80-100ml/Ah的硬度剂，镀液温度在40℃，采用20-30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到350-1000μm厚度。
电镀厚铜之后，需要对铜镀层的表面进行适当的车磨或者研磨抛光处理。铜镀层的表面硬度要求在HV200至HV280范围内，硬度分布均匀。
添加硬度剂的目的是为了获得最佳的电镀硬度、光洁度，使镀层柔韧适于加工，延长可存放时间。硬度剂可选择日本大和公司生产的硬度添加剂COMSG。
进一步的，在所述的模具辊的制备方法中，电镀铬镀层的方法如下：
镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括290-310g/L的铬酸酐，3.2-3.7g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量为2-6g/L，添加剂含量为4-10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成；可以优化工艺，改善电镀质量；
镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在1-5μm。这种方法得到的镀层硬度高、结合力强、不易脱落。镀铬层的表面硬度在HV800至HV1000之间。
进一步的，硫酸的重量为铬酸酐的重量的1.1％-1.2％。
进一步的，添加剂中的甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是3.5-4.5:1.5-2.5:1。
进一步的，添加剂中的甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4:2:1。
进一步的，在所述的模具辊的制备方法中，
(2)预镀镍层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含285-295g/L的硫酸镍，40-44g/L的氯化镍作为阳极活化剂，50-55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，可用NaOH进行调节，2-3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3.5-4A/dm2的施镀电流，进行15-20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含250-260g/L的硫酸铜，60-65g/L的硫酸，90-100ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用25-30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到600-1000μm厚度；
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬。镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括295-300g/L的铬酸酐，3.4-3.5g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在5-6g/L，复配添加剂浓度为8-10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成。前述模具辊的制备方法在实施例3、6和7中描述。
进一步的，在所述的模具辊的制备方法中，
镍镀层的厚度为10μm，铜镀层的厚度为1000μm；铬镀层的厚度为5μm；
(2)预镀镍层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含295g/L的硫酸镍，44g/L的氯化镍作为阳极活化剂，55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，可用NaOH进行调节，3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用4A/dm2的施镀电流，进行20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含260g/L的硫酸铜，65g/L的硫酸，100ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到1000μm厚度；电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理；
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬；镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括298g/L的铬酸酐，3.4g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在5g/L，复配添加剂浓度为10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成，甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4:2:1；镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在5μm。前述模具辊的制备方法在实施例7中描述。
本发明还提供一种制备所述的模具辊的制备方法，所述方法包括下述步骤：
(1)钢辊芯的前处理：先用专用的金属清洗剂去除表面油污等杂物，再用清水冲洗，最后以3％-5％的稀硫酸对辊芯表面进行活化；
(2)预镀镍镀层：在钢辊芯表面预镀一层8μm至10μm厚的镍，镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含250-320g/L的硫酸镍，40-55g/L的氯化镍作为阳极活化剂，35-55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液pH稳定在4.2，1-3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3-4A/dm2的施镀电流，进行15-20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜；镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含180-270g/L的硫酸铜，55-65g/L的硫酸；添加80-100ml/Ah的硬度剂；控制镀液温度在40℃，采用20-30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到至少350μm厚度；
(4)CNC安装模具辊：将模具辊放置于加工室，恒温恒湿超过24小时后，用四爪卡盘将模具辊固定在超精密单点金刚石车床上，确认动平衡在500rpm时小于2.5G，并检查好刀具状态；
(5)微结构加工前处理：在加工微棱镜结构之前，用超精密单点金刚石车床对模具辊表面进行表面粗糙部加工，再加工成镜面；因为电镀加工后，模具辊表面无法达到超精密加工的精度要求，需要先用超精密加工车刀加工为镜面。这一步操作的作用是提高成型辊表面尺寸精度，提高模具辊的表面光泽。
(6)微结构加工：利用超精密单点金刚石车床，按照程序设计的结构进行雕刻加工，得到设计的表面微棱镜结构；
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬；镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括290-310g/L的铬酸酐，3.2-3.7g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在2-6g/L，添加剂含量4-10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成；镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在1-5μm。这种方法得到的镀层硬度高、结合力强、不易脱落；镀铬层的表面硬度在HV800至HV1000之间。
与现有镀镍模具辊相比，本发明提供的模具辊的成本低，不易挂胶，易于清洗，耐磨性高，使用寿命长。本发明提供的技术方案中，铬比镍更便宜，且铬镀层比镍镀层具有更高的耐磨损性，在制备增亮膜的过程中不易挂胶、易于清洗；铜镀层硬度比镍镀层低，在加工棱镜结构的过程中不易磨损金刚石刀具、易于加工。
本发明的有益效果在于：增强了传统成型模具的表面硬度，使其不易损伤，延长了成型模具辊用于加工增亮膜的使用寿命，降低成型模具使用成本；成型模具辊的表面可经受一定的摩擦，使得在增亮膜的成型加工过程中，生产人员可以利用特制的研磨膏对模具表面的一些异物进行清洁，从而延长成型模具辊的使用寿命，增加单个成型模具辊加工的增亮膜产品的米数，带来经济效益。
附图说明
图1为本发明提供的模具辊的结构示意图；
图2为本发明提供的模具辊的制造工艺流程图。
具体实施方式
为了更易理解本发明提供的技术方案的特点与优点，下面结合附图及实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种模具辊，该模具辊包括钢辊芯1，所述钢辊芯的表面预镀一层镍镀层，在镍镀层的表面设置有铜镀层2，在铜镀层2上雕刻棱镜结构，在棱镜结构的表面设置铬镀层3。
所述镍镀层的厚度为8μm至10μm；所述铜镀层的厚度为350μm至1000μm，铜镀层的硬度为HV200至HV280；所述铬镀层的厚度为1μm至5μm，铬镀层的硬度为HV800至HV1000。
在铜镀层上雕刻增亮膜上的棱镜结构的互补结构。超精密棱镜结构可以是设计的任意棱镜结构，以实现特定增亮膜产品的既定性能，可以是规则的棱镜结构，也可以是加载了快刀伺服系统带有抖动的棱镜结构，或者柱状棱镜结构，或者其它特定设计的棱镜结构。
如图2所示，本发明提供的模具辊的制备方法包括下述步骤：
(1)钢辊芯的前处理：在对加工好的钢辊芯进行电镀之前，需要对表面进行一定的清洗处理，保证电镀层附着良好不会起皮。先用专用的金属清洗剂去除表面油污等杂物，再用清水冲洗，最后以3％-5％的稀硫酸对辊芯表面进行活化。
(2)预镀镍层：在不通电流的情况下，钢辊芯接触到酸性镀铜液时会发生置换反应，得到表面的一层化学置换铜，与钢辊芯的表面结合不牢固。因此清洗后不可以直接进行镀铜，而要在钢辊芯表面预镀一层8μm至10μm厚的镍。镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含250-320g/L的硫酸镍，40-55g/L的氯化镍作为阳极活化剂，35-55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，1-3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3-4A/dm2的施镀电流，进行15-20分钟，得到预镀镍层。
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜。镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含180-270g/L的硫酸铜，55-65g/L的硫酸。为了获得最佳的电镀硬度、光洁度，使镀层柔韧适于加工，延长可存放时间，可添加80-100ml/Ah的硬度剂。硬度剂可选择日本大和硬度添加剂。控制镀液温度在40℃，采用20-30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到至少350μm厚度。电镀厚铜之后，需要对表面进行适当的车磨或者研磨抛光处理。铜层表面要求光洁，无氧化，无划伤、碰伤、砂眼、腐蚀点、手印、斜纹、横纹、凹痕缺陷。表面硬度要求大于HV200，在HV200至HV280范围内，硬度分布均匀。
(4)CNC安装模具辊：将模具辊放置于加工室，恒温恒湿超过24小时后，用四爪卡盘将模具辊固定在超精密单点金刚石车床上，确认动平衡在500rpm时小于2.5G，并检查好刀具状态。
(5)微结构加工前处理：在加工微棱镜结构之前，用超精密单点金刚石车床对模具辊表面进行表面粗糙部加工，再加工成镜面。粗糙部指整个辊筒表面，电镀后模具辊的表面粗糙度达不到最终镜面要求，所以需要这一步骤。
(6)微结构加工：利用超精密单点金刚石车床，按照程序设计的结构进行雕刻加工，得到设计的表面微棱镜光学结构。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬。镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括290-310g/L的铬酸酐，3.2-3.7g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在2-6g/L，添加剂含量4-10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成，可以优化工艺，改善电镀质量。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在1-5μm。这种方法得到的镀层硬度高，结合力强不易脱落。镀铬层的表面硬度在HV800至HV1000之间。
实施例1
本发明提供一种模具辊，该模具辊包括钢辊芯，所述钢辊芯的表面预镀一层8μm厚的镍镀层，在镍镀层的表面设置有厚度为350μm的铜镀层，在铜镀层上雕刻棱镜结构，在棱镜结构的表面设置铬镀层；所述铜镀层的硬度为HV230；所述铬镀层的厚度为1μm，铬镀层的硬度为HV820。
上述模具辊的制备方法，包括下述步骤：
(1)钢辊芯的前处理：用专用的金属清洗剂去除表面油污等杂物，再用清水冲洗，最后以4％的稀硫酸对辊芯表面进行活化。
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含280g/L的硫酸镍，40g/L的氯化镍作为阳极活化剂，45g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，可用NaOH进行调节，2ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用4A/dm2的施镀电流，进行15分钟，得到预镀的镍镀层。
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜。镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含220g/L的硫酸铜，55g/L的硫酸，80ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用20A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到350μm厚度。电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV230。
(4)CNC安装模具辊：将模具辊放置于加工室，恒温恒湿超过24小时后，用四爪卡盘将模具辊固定在超精密单点金刚石车床上，确认动平衡在500rpm时小于2.5G，并检查好刀具状态。
(5)微结构加工前处理：在加工微棱镜结构之前，用超精密单点金刚石车床对模具辊表面进行表面粗糙部加工，再加工成镜面。
(6)微结构加工：利用超精密单点金刚石车床，按照程序设计的结构进行雕刻加工，得到设计的表面微棱镜结构。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬。镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括290g/L的铬酸酐，3.2g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在2g/L，复配添加剂浓度为4g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾(甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是3.5:2.5:1)复配而成。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在1μm。镀铬层的表面硬度为HV820。
实施例2
如实施例1提供的模具辊，其中，镍镀层的厚度为10μm，铜镀层的厚度为1000μm，镀铜的硬度为HV280；所述铬镀层的厚度为5μm，镀铬的硬度为HV970。
如实施例1提供的模具辊的制备方法，其中，
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含320g/L的硫酸镍，45g/L的氯化镍作为阳极活化剂，50g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液pH稳定在4.2，可用NaOH进行调节，2ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3A/dm2的施镀电流，进行20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜。镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含270g/L的硫酸铜，62g/L的硫酸，100ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到1000μm厚度。电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV280。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬。镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括310g/L的铬酸酐，3.7g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在6g/L，复配添加剂浓度为10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾(甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是3.5:1.5:1)复配而成。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在5μm。镀铬层的表面硬度为HV970。
实施例3
如实施例1提供的模具辊，其中，镀镍层的厚度为9μm，铜镀层的厚度为600μm，铜镀层的硬度为HV250；所述铬镀层的厚度为3μm，铬镀层的硬度为HV940。
如实施例1提供的模具辊的制备方法，其中，
(1)钢辊芯的前处理：用专用的金属清洗剂去除表面油污等杂物，再用清水冲洗，最后以3％的稀硫酸对辊芯表面进行活化。
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含290g/L的硫酸镍，40g/L的氯化镍作为阳极活化剂，50g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，可用NaOH进行调节，2ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3.5A/dm2的施镀电流，进行15分钟，得到预镀镍层
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜。镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含250g/L的硫酸铜，60g/L的硫酸，90ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用25A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到600μm厚度。电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV250。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬。镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括300g/L的铬酸酐，3.4g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在5g/L，复配添加剂浓度为8g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾(甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4:2:1)复配而成。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在3μm。镀铬层的表面硬度为HV940。
实施例4
如实施例1提供的模具辊，其中，镍镀层的厚度为9μm，铜镀层的厚度为1000μm，镀铜的硬度为HV240；所述铬镀层的厚度为5μm，镀铬的硬度为HV860。
如实施例1提供的模具辊的制备方法，其中，
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含250g/L的硫酸镍，55g/L的氯化镍作为阳极活化剂，35g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液pH稳定在4.2，可用NaOH进行调节，1ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3A/dm2的施镀电流，进行18分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜。镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含180g/L的硫酸铜，55g/L的硫酸，85ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到1000μm厚度。电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV240。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬。镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括310g/L的铬酸酐，3.7g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在4g/L，复配添加剂浓度为8g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾(甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4.5:1.5:1)复配而成。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在5μm。镀铬层的表面硬度为HV860。
实施例5
如实施例1提供的模具辊，其中，镍镀层的厚度为10μm，铜镀层的厚度为1000μm，镀铜的硬度为HV260；所述铬镀层的厚度为3μm，镀铬的硬度为HV800。
如实施例1提供的模具辊的制备方法，其中，
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含320g/L的硫酸镍，45g/L的氯化镍作为阳极活化剂，55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液pH稳定在4.2，可用NaOH进行调节，3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用4A/dm2的施镀电流，进行20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含260g/L的硫酸铜，65g/L的硫酸，95ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到1000μm厚度；电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV260。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬。镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括295g/L的铬酸酐，3.3g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在6g/L，复配添加剂浓度为4g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾(甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4.5:2.5:1)复配而成。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在3μm。镀铬层的表面硬度为HV800。
实施例6
如实施例3提供的模具辊，其中，镍镀层的厚度为9μm，铜镀层的厚度为800μm，铜镀层的硬度为HV270；所述铬镀层的厚度为4μm，铬镀层的硬度为HV1000。
如实施例3提供的模具辊的制备方法，其中，
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含285g/L的硫酸镍，42g/L的氯化镍作为阳极活化剂，52g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，可用NaOH进行调节，2ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3.7A/dm2的施镀电流，进行18分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含255g/L的硫酸铜，62g/L的硫酸，95ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用28A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到800μm厚度；电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV270。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬；镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括295g/L的铬酸酐，3.5g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在6g/L，复配添加剂浓度为9g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾(甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4:2:1)复配而成。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在4μm。镀铬层的表面硬度为HV1000。
实施例7
如实施例3提供的模具辊，其中，镍镀层的厚度为10μm，铜镀层的厚度为1000μm，铜镀层的硬度为HV280；所述铬镀层的厚度为5μm，铬镀层的硬度为HV980。
如实施例3提供的模具辊的制备方法，其中，
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含295g/L的硫酸镍，44g/L的氯化镍作为阳极活化剂，55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，可用NaOH进行调节，3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用4A/dm2的施镀电流，进行20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含260g/L的硫酸铜，65g/L的硫酸，100ml/Ah的硬度剂COMSG。控制镀液温度在40℃，采用30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到1000μm厚度；电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV280。
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬；镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括298g/L的铬酸酐，3.4g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在5g/L，复配添加剂浓度为10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾(甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4:2:1)复配而成。镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在5μm。镀铬层的表面硬度为HV980。
对比例1
对比例为不施加镀铬保护层的一般镀铜辊加工而成的成型模具辊，包括钢辊芯，所述钢辊芯的表面预镀一层10μm的镍，在镍镀层的表面设置有厚度为1000μm的基础镀层，在基础镀层上雕刻棱镜结构；所述基础镀层是铜镀层，镀铜的硬度为HV270。
上述模具辊的制备方法，参照图2所示的成型模具辊的制造工艺流程，具体步骤如下：
(1)钢辊芯的前处理：用专用的金属清洗剂去除表面油污等杂物，再用清水冲洗，最后以4％的稀硫酸对辊芯表面进行活化。
(2)预镀底层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含320g/L的硫酸镍，45g/L的氯化镍作为阳极活化剂，50g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，可用NaOH进行调节，2ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3A/dm2的施镀电流，进行20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜；镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含270g/L的硫酸铜，62g/L的硫酸，100ml/Ah的硬度剂COMSG；控制镀液温度在40℃，采用30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到1000μm厚度。电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理。镀铜层的表面硬度为HV270。
(4)CNC安装模具辊：将模具辊放置于加工室，恒温恒湿超过24小时后，用四爪卡盘将模具辊固定在超精密单点金刚石车床上，确认动平衡在500rpm时小于2.5G，并检查好刀具状态；
(5)微结构加工前处理：在加工微棱镜结构之前，用超精密单点金刚石车床对模具辊表面进行表面粗糙部加工，再加工成镜面。
(6)微结构加工：利用超精密单点金刚石车床，按照程序设计的结构进行雕刻加工，得到设计的表面微棱镜光学结构。
对比例1的铜镀层上未设置铬镀层，耐磨性非常差。
使用实施例和对比例提供的模具辊加工增亮膜，并统计模具辊在被损坏以致不能再使用之前加工的增亮膜的米数，该米数用来表征模具辊的耐磨性及使用寿命。米数越多，说明模具辊能够生产的增亮膜越多，耐磨性越好，使用寿命越长。
表1实施例1-3及对比例1提供的模具辊的实际加工增亮膜的生产量
表2实施例4-7提供的模具辊的实际加工增亮膜的生产量
由表1和表2的数据可以得出，本发明提供的模具辊的耐磨性高，使用寿命长。特别的，实施例3、6和7提供的模具辊的耐磨性更高，使用寿命更长。
上面结合附图工艺流程对本发明的具体实施方法进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模具辊，其特征在于，该模具辊包括钢辊芯，所述钢辊芯的表面预镀一层镍镀层，在镍镀层的表面设置有铜镀层，在铜镀层上雕刻棱镜结构，在棱镜结构的表面设置铬镀层。
2.根据权利要求1所述的模具辊，其特征在于，所述镍镀层的厚度为8μm至10μm；所述铜镀层的厚度为350μm至1000μm；所述铬镀层的厚度为1μm至5μm。
3.根据权利要求1所述的模具辊，其特征在于，所述镍镀层的厚度为9-10μm，铜镀层的厚度为600-1000μm；所述铬镀层的厚度为3-5μm。
4.一种权利要求1所述的模具辊的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)钢辊芯的前处理：先用金属清洗剂清洗，再用清水冲洗，最后用3％-5％的稀硫酸对辊芯表面进行活化，所述的百分含量为重量百分含量；
(2)预镀镍镀层：在钢辊芯表面预镀一层8μm至10μm厚的镍镀层；
(3)电镀厚铜：镀好镍镀层之后，对模具辊表面进行打磨清洗，之后电镀铜镀层；
(4)雕刻模具辊的铜镀层，形成具有微棱镜结构的表面；
(5)电镀铬镀层：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，电镀铬镀层。
5.根据权利要求4所述的模具辊的制备方法，其特征在于，电镀镍镀层的方法如下：
镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含250-320g/L的硫酸镍，40-55g/L的氯化镍作为阳极活化剂，35-55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，1-3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3-4A/dm2的施镀电流，进行15-20分钟，得到镍镀层。
6.根据权利要求4所述的模具辊的制备方法，其特征在于，电镀铜镀层的方法如下：
镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含180-270g/L的硫酸铜，55-65g/L的硫酸，80-100ml/Ah的硬度剂，镀液温度在40℃，采用20-30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到350-1000μm厚度；
电镀厚铜之后，对铜镀层的表面进行车磨或者研磨抛光处理。
7.根据权利要求4所述的模具辊的制备方法，其特征在于，电镀铬镀层的方法如下：
镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括290-310g/L的铬酸酐，3.2-3.7g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量为2-6g/L，添加剂含量为4-10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成；
镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在1-5μm。
8.根据权利要求4所述的模具辊的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，
(2)预镀镍层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含285-295g/L的硫酸镍，40-44g/L的氯化镍作为阳极活化剂，50-55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，用NaOH进行调节，2-3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3.5-4A/dm2的施镀电流，进行15-20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含250-260g/L的硫酸铜，60-65g/L的硫酸，90-100ml/Ah的硬度剂COMSG；控制镀液温度在40℃，采用25-30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到600-1000μm厚度；
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬；镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括295-300g/L的铬酸酐，3.4-3.5g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在5-6g/L，复配添加剂浓度为8-10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成。
9.根据权利要求4所述的模具辊的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，
镍镀层的厚度为10μm，铜镀层的厚度为1000μm；铬镀层的厚度为5μm；
(2)预镀镍层：镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含295g/L的硫酸镍，44g/L的氯化镍作为阳极活化剂，55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液的pH值稳定在4.2，用NaOH进行调节，3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用4A/dm2的施镀电流，进行20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含260g/L的硫酸铜，65g/L的硫酸，100ml/Ah的硬度剂COMSG；控制镀液温度在40℃，采用30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到1000μm厚度；电镀完成后对表面进行适当的车磨和研磨抛光处理；
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬；镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括298g/L的铬酸酐，3.4g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在5g/L，复配添加剂浓度为10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成，甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾的重量比例是4:2:1；镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在5μm。
10.一种制备权利要求1所述的模具辊的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)钢辊芯的前处理：先用专用的金属清洗剂去除表面杂物，再用清水冲洗，最后以3％-5％的稀硫酸对辊芯表面进行活化；
(2)预镀镍镀层：在钢辊芯表面预镀一层8μm至10μm厚的镍，镀镍阳极为电解镍板，镀镍液的主要成分包含250-320g/L的硫酸镍，40-55g/L的氯化镍作为阳极活化剂，35-55g/L的硼酸作为缓冲剂，将镀液pH稳定在4.2，1-3ml/L的双氧水作为防针孔剂，并控制镀液温度在40±1℃，采用3-4A/dm2的施镀电流，进行15-20分钟，得到预镀镍层；
(3)电镀厚铜：镀好底层镍之后，用1000#细砂纸和纯净水对模具辊表面进行打磨清洗，即可进行下一步镀铜；镀铜阳极为电解铜球，镀铜液的主要成分包含180-270g/L的硫酸铜，55-65g/L的硫酸；添加80-100ml/Ah的硬度剂；控制镀液温度在40℃，采用20-30A/dm2的施镀电流，将铜层沉积到至少350μm厚度；
(4)CNC安装模具辊：将模具辊放置于加工室，恒温恒湿超过24小时后，用四爪卡盘将模具辊固定在超精密单点金刚石车床上，确认动平衡在500rpm时小于2.5G，并检查好刀具状态；
(5)微结构加工前处理：在加工微棱镜结构之前，用超精密单点金刚石车床对模具辊表面进行表面粗糙部加工，再加工成镜面；
(6)微结构加工：利用超精密单点金刚石车床，按照程序设计的结构进行雕刻加工，得到设计的表面微棱镜结构；
(7)镀铬：表面微棱镜结构加工好之后，对模具辊表面进行超声波洗净活化后，即可进行下一步镀铬；镀铬阳极为惰性钛铂合金，镀液主要成分包括290-310g/L的铬酸酐，3.2-3.7g/L的硫酸，并且镀液经过通电处理后三价铬的含量严格控制在2-6g/L，添加剂含量4-10g/L，添加剂由甲基二磺酸钠、氨基磺酸和碘酸钾复配而成；镀铬液温度控制在61℃，先以小电流5A/dm2电解3min，再用冲击电流85A/dm2电镀30s，最后回到正常电流65A/dm2至电镀完成，镀层厚度控制在1-5μm。
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