CN109913798B - 表面硬化的石墨模具及其表面硬化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨模具表面硬化的方法，包括表面处理、真空镀铬、真空镀碳化铬以及真空离子渗碳。通过该石墨模具表面硬化的方法处理的石墨模具具有良好的耐摩擦性和高温抗氧化性，且该方法显著提高了石墨模具表面的硬度，使石墨模具更加适合于3D玻璃加工的同时提高了石墨模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及材料表面处理技术领域，特别是涉及一种表面硬化的石墨模具 及其表面硬化的方法。
背景技术
随着移动终端手机的发展，在移动终端手机上使用3D玻璃盖板逐渐成为目 前的流行趋势。3D玻璃盖板一般包括前盖板玻璃和后盖板玻璃两类，前盖板玻 璃和后盖板玻璃的终极要求不同，但是生产工艺基本相同，即都是以2D白片玻 璃为基础，在热弯机上用石墨模具施行热弯工艺，形成3D的双曲或者四曲形貌 后再进行抛光和化学钢化，然后进入后制程工序。其中，热弯工艺是3D玻璃盖 板加工的一项关键工艺，而石墨模具则是该关键工序中唯一与玻璃表面接触的 加工工具。
石墨材料一直是玻璃热加工工具制备材料的首选，主要是因为石墨在高温 条件下具有独特的物理和化学性质且其具有软质易加工的优点。然而，以石墨 材料加工制得的石墨模具有以下几点的不足：(1)石墨材料的软质特性导致石 墨模具的表面非常难于抛光，而石墨模具经精密加工后的表面难以达到高抛光 度会影响经过其加工的玻璃的最终尺寸精密度，即使石墨模具表面抛光度达到 要求，其抛光度也很难在热压过程中保持下来，导致一般的石墨模具的使用寿 命不会超过几千次；(2)石墨材料的特殊通电晶化生产工艺决定了其密度不可 能高过80％，将石墨材料加工成石墨模具后，石墨模具的内部和表面会有一定 的孔隙度，造成了石墨模具表面不耐压和易磨损的特性，而且石墨模具的弯角等处在压制过程中受力最大会更容易出现磨损和凹陷的状况；(3)石墨材料具 有特殊的层状结构和层间的滑移导致石墨模具的表面很难附着硬质薄膜(碳化 物、金属等)。石墨模具的以上不足直接导致通过其加工得到的3D玻璃在后续 的抛光工序中抛光难度和成本增加，严重的甚至会导致3D玻璃的不良品率增 加。
发明内容
基于此，本发明提供了一种石墨模具表面硬化的方法。
具体的技术方案如下：
一种石墨模具表面硬化的方法，包括如下步骤：
一种石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
表面预处理：用等离子清洗石墨模具的表面，得清洗后的石墨模具；
真空镀铬：真空条件下，在所述清洗后的石墨模具的表面沉积铬层，得铬- 石墨模具；
真空镀碳化铬:真空条件下，在所述铬-石墨模具的表面沉积碳化铬层，得 碳化铬-铬-石墨模具；
真空离子渗碳处理：真空条件下，在所述碳化铬-铬-石墨模具的表面进行渗 碳处理，得表面硬化的石墨模具。
在其中一些实施例中，所述用等离子清洗石墨模具的表面包括如下步骤：
将所述石墨模具置于PVD炉的真空室内，将所述PVD炉的真空室抽真空， 再向所述真空室通入氩气；
对所述石墨模具施加-700～-1000V的脉冲偏压以在所述石墨模具的表面产 生氩离子，所述氩离子对所述石墨模具的表面进行轰击清洗，清洗过程中，控 制固定有所述石墨模具的转架的转速为3～5RPM且保持所述PVD炉的真空室 的温度为115～125℃。
在其中一些实施例中，在所述清洗后的石墨模具的表面沉积铬层包括如下 步骤：
将PVD炉的真空室抽真空，再向所述真空室中通入氩气；
开启铬靶并控制其功率为8～10kW以产生气相铬单质，对所述清洗后的石 墨模具施加-780～-800V的脉冲偏压以在其表面产生氩离子，所述氩离子会轰击 所述气相铬单质产生铬离子；
所述气相铬单质和所述铬离子在所述清洗后的石墨模具的表面沉积并形成 铬层，沉积的过程中，控制固定有所述石墨模具的转架的转速为3～5RPM。
在其中一些实施例中，在所述铬-石墨模具的表面沉积碳化铬层包括如下步 骤：
将PVD炉的真空室抽真空，再向所述PVD炉的真空室中通入氩气和乙炔；
开启铬靶并控制其功率为8～10kW以产生气相铬单质，对所述铬-石墨模 具施加-150～-300V的脉冲偏压以在其表面产生氩离子，所述氩离子轰击所述乙 炔产生气相碳，所述氩离子轰击所述气相铬单质产生铬离子；
所述气相铬单质、所述铬离子和所述气相碳在所述铬-石墨模具的表面沉积 并形成碳化铬层，沉积过程中，控制固定有所述石墨模具的转架的转速为3～5 RPM。
在其中一些实施例中，在所述碳化铬-铬-石墨模具的表面进行渗碳处理包括 如下步骤：
将PVD炉的真空室抽真空，再向所述真空室中通入氩气和乙炔；
对所述碳化铬-铬-石墨模具施加-980～-1020V的脉冲偏压以在其表面产生 氩离子，所述氩离子轰击所述乙炔产生气相碳；
所述气相碳在所述碳化铬-铬-石墨模具的表面沉积以进行渗碳处理，沉积过 程中，控制固定有所述石墨模具的转架的转速为3-5RPM并保持所述PVD炉的 真空室的温度为148～152℃。
在其中一些实施例中，所述表面预处理步骤中所述清洗的时间为28～ 32min。
在其中一些实施例中，所述真空镀铬的步骤中所述沉积的时间为55～65 min。
在其中一些实施例中，所述真空镀碳化铬的步骤中所述沉积的时间为25～35min。
在其中一些实施例中，所述真空离子渗碳的步骤中所述渗碳处理的时间为 150～240min。
本发明的又一目的是提供上述石墨模具表面硬化的方法处理得到的表面硬 化的石墨模具。
具体的技术方案如下：
一种上述石墨模具表面硬化的方法处理得到的表面硬化的石墨模具。
本发明所述石墨模具表面硬化的方法的原理如下：
发明人通过大量创造性劳动发现：通过对石墨模具的表面依次进行等离子 体清洗、真空镀铬、真空镀碳化铬以及真空离子渗碳，得到表面形成DLC膜层 的石墨模具，即得到表面硬化的石墨模具，能够有效地提高石墨模具的耐摩擦 和抗氧化性能。其中，通过等离子清洗有效地改善真空沉积膜层与石墨基材的 结合力，经过等离子清洗后真空镀PVD硬质膜层的石墨模具不甩镀层；再通过 真空镀铬(气相铬单质和铬离子)形成铬层，使石墨模具表面若干微米厚度的 石墨层状结构被扰乱，不再是层状易滑动结构，实现石墨模具表面大幅度改性， 另外，真空镀铬形成的铬层作为石墨模具表面的改性层，进一步地提高了石墨 基材和真空沉积膜层之间的结合力，再通过真空镀碳化铬，将其作为铬层和渗 碳层之间的过渡层，增强膜层间的结合力；最后经过真空离子渗碳，在石墨模 具表面形成高硬度且高耐磨的表面涂层，增强石墨模具的硬度，从而延长石墨 模具的使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
发明人对石墨模具依次进行等离子清洗、真空镀铬、真空镀碳化铬以及真 空离子渗碳，实现了石墨模具表面的硬化，该石墨模具表面硬化的方法处理的 石墨模具具有良好的耐摩擦性和高温抗氧化性，该方法显著提高了石墨模具表 面的硬度，使石墨模具更加适合于3D玻璃加工的同时提高了石墨模具的使用寿 命。
进一步地，发明人对等离子清洗、真空镀铬、真空镀碳化铬以及真空离子 渗碳的工艺进行优化，进一步地提高石墨模具、铬层、碳化铬层以及渗碳层之 间的结合力，进一步地提高石墨模具表面的硬度和耐磨性。
附图说明
图1为实施例1得到的表面硬化的石墨模具。
图2为实施例1和对比例1得到的表面硬化的石墨模具在负载力350gf的条 件下，经钢丝绒拖磨6000次后石墨模具的表面的视图，其中，图2(A)为实 施例1的结果视图，图2(B)为对比例1的结果视图。
图3为实施例1表面硬化的石墨模具和未经任何处理的石墨模具进行耐摩 擦测试后的表面视图，其中，图3(A)是实施例1的石墨模具耐摩擦测试后在 显微镜下放大50倍的表面视图，图3(B)是未经任何处理的石墨模具耐摩擦测 试后在显微镜下放大50倍的表面视图。
图4为实施例1表面硬化的石墨模具和未经任何处理的石墨模具进行耐摩 擦测试后的表面视图，其中，图4(A)是实施例1表面硬化的石墨模具耐摩擦 测试后在显微镜下放大100倍的表面视图，图4(B)是未经任何处理的石墨模 具耐摩擦测试后在显微镜下放大100倍的表面视图。
图5为未经任何处理的石墨模具和实施例1表面硬化的石墨模具的抗氧化 性能测试结果图，其中，图5(A)和图5(B)是实施例1表面硬化的石墨模具 的抗氧化性能测试后的表面视图，图5(C)和图5(D)是对比例1未经任何处 理的石墨模具的抗氧化性能测试后的表面视图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例是一种石墨模具表面硬化的方法，步骤如下：
(1)表面预处理：
将石墨模具固定在置于PVD炉真空室的转架上，用等离子清洗石墨模具的 表面，得到清洗后的石墨模具。
根据工艺参数(见表1)的不同，石墨模具的清洗分为如下三个阶段，且此三 个阶段中，需要控制PVD炉的真空室的温度为120℃，还要保持转架的转速为 4RPM：
第一阶段：调节PVD炉的真空室的真空度至3.0×10-3，再向真空室中通入 流量为400sccm的氩气，对石墨模具施加的脉冲偏压从-700V升至-1000V，对 石墨模具施加脉冲偏压的过程中，石墨模具表面产生大量的氩离子，氩离子对 石墨模具进行轰击清洗，控制此阶段氩离子对石墨模具的清洗时间为300s；
第二阶段：第一阶段结束后，将氩气的流量从400sccm升至900sccm的同 时，保持对石墨模具施加的脉冲偏压为-1000V，控制此阶段氩离子对石墨模具 轰击清洗的时间为300s；
第三阶段：第二阶段结束后，保持氩气的流量为900sccm的同时，保持对 石墨模具施加的脉冲偏压为-1000V，控制此阶段氩离子对石墨模具轰击清洗的 时间为1200s，得清洗后的石墨模具。
表1石墨模具表面预处理的相关工艺参数
(2)真空镀铬:
石墨模具经过清洗后，在清洗后的石墨模具的表面真空镀铬以沉积得到铬 层，得铬-石墨模具。
根据工艺参数(见表2)的不同，真空镀铬分为如下两个阶段，且此两个阶段 中，需要保持固定有石墨模具的转架的转速为4RPM：
第一阶段：调节PVD炉的真空室的真空度为0.5Pa，再向真空室中通入流 量为300sccm的氩气，开启外铬靶和内铬靶并控制其功率都为9kW以产生气相 铬单质，对清洗后的石墨模具施加-800V的脉冲偏压以在其表面产生氩离子，氩 离子轰击气相铬单质产生铬离子，气相铬单质和铬离子沉积在清洗后的石墨模 具表面形成铬层，控制此阶段沉积的时间为60min；
第二阶段：第一阶段结束后，将脉冲偏压调节为-200V，且其它工艺条件与 第一阶段相同的条件下，继续沉积铬的时间为5min，得铬-石墨模具。
(3)真空镀碳化铬:
在铬-石墨模具的表面真空镀碳化铬以沉积得到碳化钛层，得碳化铬-铬-石 墨模具。
真空镀碳化铬的过程根据工艺参数(见表2)的不同分为如下3个阶段，且 此3个阶段中，需要保持固定有石墨模具的转架的转速为4RPM：
第一阶段：调节PVD炉的真空室的真空度至0.4Pa，再向真空室中通入流 量分别为300sccm的氩气和50sccm的乙炔，开启外铬靶和内铬靶并控制其功率 都为9kW以产生气相铬单质，对清洗后的石墨模具施加-150V的脉冲偏压以在 其表面产生氩离子，产生的氩离子轰击乙炔产生气相碳，氩离子轰击气相铬产 生铬离子，气相碳、气相铬单质和铬离子在铬-石墨模具的表面沉积并形成碳化 铬层，控制此阶段碳化铬的沉积时间为5min；
第二阶段：第一阶段结束后，将通入真空室的乙炔的流量从50sccm升至 150sccm，并调节脉冲偏压为-300V，其他工艺条件同第一阶段，控制此阶段碳 化铬的沉积时间为15min；
第三阶段：第二阶段结束后，保持通入真空室的乙炔的流量为150sccm， 其他工艺条件与第二阶段相同，控制此阶段碳化铬的沉积时间为5min，得碳化 铬-铬-石墨模具。
(4)真空离子渗碳处理：
在碳化铬-铬-石墨模具的表面进行真空离子渗碳处理，真空离子渗碳的过程 如下(且真空离子渗碳过程中，需要控制固定有石墨模具的转架的转速为4RPM 并保持PVD炉的真空室的温度为150℃)：
调节PVD的真空室的真空度为8.0×10-3Pa，再向真空室中通入流量分别为400sccm的氩气和1000sccm的乙炔，对碳化铬-铬-石墨模具施加-1000V的脉冲 偏压以在其表面产生氩离子，氩离子轰击乙炔产生气相碳，气相碳在碳化铬-铬- 石墨模具的表面沉积形成碳层，控制气相碳沉积的时间为240min，得表面硬化 的石墨模具。
表2真空镀铬、真空镀铬、真空镀碳化铬以及真空离子渗碳的相关工艺参数
本实施例经石墨模具表面硬化的方法处理得到的表面硬化的石墨模具如图 1所示。
实施例2
本实施例是一种石墨模具表面硬化的方法，步骤如下：
(1)表面的预处理：
将石墨模具固定在置于PVD炉真空室的转架上，用等离子清洗石墨模具的 表面，得到清洗后的石墨模具。
根据工艺参数(见表3)的不同，石墨模具的清洗分为如下三个阶段，且此三 个阶段中，需要控制PVD炉的真空室的温度为120℃，还要保持转架的转速为 4RPM：
第一阶段：调节PVD炉的真空室的真空度至2.8×10-3，再向真空室中通入 流量为400sccm的氩气，对石墨模具施加的脉冲偏压从-700V升至-1000V，对 石墨模具施加脉冲偏压的过程中，石墨模具表面产生大量的氩离子，氩离子对 石墨模具进行轰击清洗，控制此阶段氩离子对石墨模具的清洗时间为300s；
第二阶段：第一阶段结束后，将氩气的流量从400sccm升至900sccm的同 时，保持对石墨模具施加的脉冲偏压为-1000V，控制此阶段氩离子对石墨模具 轰击清洗的时间为300s；
第三阶段：第二阶段结束后，保持氩气的流量为900sccm的同时，保持对 石墨模具施加的脉冲偏压为-1000V，控制此阶段氩离子对石墨模具轰击清洗的 时间为1080s，得清洗后的石墨模具。
表3石墨模具表面预处理的相关工艺参数
(2)真空镀铬:
石墨模具经过清洗后，在清洗后的石墨模具的表面真空镀铬以沉积得到铬 层，得铬-石墨模具。
根据工艺参数(见表4)的不同，真空镀铬分为如下两个阶段，且此两个阶段 中，需要保持固定有石墨模具的转架的转速为4RPM：
第一阶段：调节PVD炉的真空室的真空度为0.45Pa，再向真空室中通入流 量为280sccm的氩气，开启外铬靶和内铬靶并控制其功率都为9kW以产生气相 铬单质，对清洗后的石墨模具施加-780V的脉冲偏压以在其表面产生氩离子，氩 离子轰击气相铬单质产生铬离子，铬以气相铬单质和铬离子的形式沉积在清洗 后的石墨模具表面形成铬层，控制此阶段沉积的时间为60min；
第二阶段：第一阶段结束后，将脉冲偏压调节为-200V，且其它工艺条件与 第一阶段相同的条件下，继续沉积铬的时间为5min，得铬-石墨模具。
(3)真空镀碳化铬:
在铬-石墨模具的表面真空镀碳化铬以沉积得到碳化钛层，得碳化铬-铬-石 墨模具。
真空镀碳化铬的过程根据工艺参数(见表4)的不同分为如下3个阶段，且 此3个阶段中，需要保持固定有石墨模具的转架的转速为4RPM：
第一阶段：调节PVD炉的真空室的真空度至0.5Pa，再向真空室中通入流 量分别为290sccm的氩气和50sccm的乙炔，开启外铬靶和内铬靶并控制其功率 都为9kW以产生气相铬单质，对清洗后的石墨模具施加-150V的脉冲偏压以在 其表面产生氩离子，产生的氩离子轰击乙炔产生气相碳，氩离子轰击气相铬产 生铬离子，气相碳、气相铬单质和铬离子在铬-石墨模具的表面沉积并形成碳化 铬，控制此阶段碳化铬的沉积时间为5min；
第二阶段：第一阶段结束后，将通入真空室的乙炔的流量从50sccm升至 150sccm，并调节脉冲偏压为-300V，其他工艺条件同第一阶段，控制此阶段碳 化铬的沉积时间为15min；
第三阶段：第二阶段结束后，保持通入真空室的乙炔的流量为150sccm， 其他工艺条件与第二阶段相同，控制此阶段碳化铬的沉积时间为10min得碳化 铬-铬-石墨模具。
(4)真空离子渗碳处理：
在碳化铬-铬-石墨模具的表面进行真空离子渗碳处理，真空离子渗碳的过程 如下(且真空离子渗碳过程中，需要控制固定有石墨模具的转架的转速为4RPM 并保持PVD炉的真空室的温度为150℃)：
调节PVD的真空室的真空度为8.0×10-3Pa，再向真空室中通入流量分别为400sccm的氩气和1000sccm的乙炔，对碳化铬-铬-石墨模具施加-1000V的脉冲 偏压以在其表面产生氩离子，氩离子轰击乙炔产生气相碳，气相碳在碳化铬-铬- 石墨模具的表面沉积形成碳层，控制气相碳沉积的时间为210min，得表面硬化 的石墨模具。
表4真空镀铬、真空镀铬、真空镀碳化铬以及真空离子渗碳的相关工艺参 数
对比例1
本对比例是一种石墨模具表面硬化的方法，具体的步骤与实施例1基本相 同，不同之处在于，石墨模具未进行实施例1中的表面预处理。
附着力测试
测试目的：测试实施例1表面硬化的石墨模具的硬质膜层(DLC膜层)和 对比例1石墨模具的硬质膜层(DLC膜层)的附着力。
测试方法：
(1)用洁净的棉布擦拭石墨模具上所镀的DLC膜层的表面，除去污物及灰尘；
(2)用刀在氮化钛镀层上划10*10个小格子(每个小格子的面积大小为 1mm*1mm)，以作为测试区域；
(3)用无尘布将测试区域的碎片刷干净；
(4)用3M600胶带紧紧的粘贴在格子区域的氮化钛膜层上静置90±30s，在尽 可能接近60度的角度，在0.5-1s内迅速拉下胶带；
(5)胶带测试评定等级：
5B(划线的边非常光滑，没有方格起皮或膜层脱落)；
4B(在切口交叉处有少许膜层脱落，但交叉切割面积受影响不能明显大于5％)；
(6)接受标准：
百格测试等级≥4B等级为OK，即镀层没有脱落或起皮，百格测试等级小于4B 的称为“甩镀”薄膜。
测试结果：实施例1表面硬化的石墨模具的百格测试等级为5B,不甩镀层， 而对比例1石墨模具的百格测试等级为2B，甩镀层现象严重，由此可知，对石 墨模具进行等离子清洗预处理，可以有效改善镀膜层与石墨基材之间的结合力。
耐摩擦测试
测试目的：测试实施例1、对比例1以及未经任何处理的石墨模具的耐摩擦性能。测试方法：将实施例1表面硬化的石墨模具、对比例1的石墨模具以及未经任 何处理的石墨模具在负载力350gf的条件下经钢丝绒拖磨6000次。
测试结果：由图2(A)和图2(B)可知，实施例1的表面硬化的石墨模具没有 露出白色铬层，即沉积在石墨模具表面的硬质膜层经摩擦后不受影响；对比例1 未经等离子体清洗后的真空镀硬质膜层，得到的石墨模具拖磨6000次后露出铬 层，由此可知，对石墨模具进行等离子清洗预处理，可以有效地改善镀膜层与 石墨基材之间的结合力，从而影响真空镀沉积膜层处理后的石墨模具的耐摩擦 性能。由图3和图4可知，未经任何处理的石墨模具表面出现了明显的划痕， 而实施例1表面硬化的石墨模具表面没有出现划痕，由此可知，本发明石墨模 具表面硬化的方法处理石墨模具能够明显提高石墨模具的耐磨擦性能。
抗氧化性能测试
测试目的：对实施例1得到的表面硬化的石墨模具和未经任何处理的石墨模具 进行抗氧化性能测试。
测试方法：将实施例1得到的表面硬化的石墨模具和未经任何处理的石墨模具 进行抗氧化测试，测试条件为：空气氛围，温度为800℃，时间为1h，测试结 果如表5和图5所示。
表5未经任何处理的石墨模具和实施例1表面硬化的石墨模具的抗氧化性能测试结果
结果分析：由表5和图5可以看出，未做处理的石墨模具表面被氧化出许多细 小的孔洞，石墨模具的失重率为1.13％，而实施例1表面硬化的石墨模具进行加 速氧化测试后表面仍保持光滑状态，无氧化小孔，石墨模具的失重率仅为0.19％， 由此可知，本发明石墨模具表面硬化的方法处理得到的表面硬化的石墨模具的 抗氧化性能提高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。
Claims (9)
1.一种石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
表面预处理：用等离子清洗石墨模具的表面，得清洗后的石墨模具；
真空镀铬：真空条件下，在所述清洗后的石墨模具的表面沉积铬层，得铬-石墨模具；
真空镀碳化铬：真空条件下，在所述铬-石墨模具的表面沉积碳化铬层，得碳化铬-铬-石墨模具；
真空离子渗碳处理：真空条件下，在所述碳化铬-铬-石墨模具的表面进行渗碳处理，得表面硬化的石墨模具，在所述碳化铬-铬-石墨模具的表面进行渗碳处理包括如下步骤：
将PVD炉的真空室抽真空，再向所述真空室中通入氩气和乙炔；
对所述碳化铬-铬-石墨模具施加-980～-1020V的脉冲偏压以在其表面产生氩离子，所述氩离子轰击所述乙炔产生气相碳；
所述气相碳在所述碳化铬-铬-石墨模具的表面沉积以进行渗碳处理，沉积过程中，控制固定有所述石墨模具的转架的转速为3-5RPM并保持所述PVD炉的真空室的温度为148～152℃。
2.根据权利要求1所述的石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，所述用等离子清洗石墨模具的表面包括如下步骤：
将所述石墨模具置于PVD炉的真空室内，将所述PVD炉的真空室抽真空，再向所述真空室通入氩气；
对所述石墨模具施加-700～-1000V的脉冲偏压以在所述石墨模具的表面产生氩离子，所述氩离子对所述石墨模具的表面进行轰击清洗，清洗过程中，控制固定有所述石墨模具的转架的转速为3～5RPM且保持所述PVD炉的真空室的温度为115～125℃。
3.根据权利要求1所述的石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，在所述清洗后的石墨模具的表面沉积铬层包括如下步骤：
将PVD炉的真空室抽真空，再向所述真空室中通入氩气；
开启铬靶并控制其功率为8～10kW以产生气相铬单质，对所述清洗后的石墨模具施加-780～-800V的脉冲偏压以在其表面产生氩离子，所述氩离子会轰击所述气相铬单质产生铬离子；
所述气相铬单质和所述铬离子在所述清洗后的石墨模具的表面沉积并形成铬层，沉积的过程中，控制固定有所述石墨模具的转架的转速为3～5RPM。
4.根据权利要求1所述的石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，在所述铬-石墨模具的表面沉积碳化铬层包括如下步骤：
将PVD炉的真空室抽真空，再向所述PVD炉的真空室中通入氩气和乙炔；
开启铬靶并控制其功率为8～10kW以产生气相铬单质，对所述铬-石墨模具施加-150～-300V的脉冲偏压以在其表面产生氩离子，所述氩离子轰击所述乙炔产生气相碳，所述氩离子轰击所述气相铬单质产生铬离子；
所述气相铬单质、所述铬离子和所述气相碳在所述铬-石墨模具的表面沉积并形成碳化铬层，沉积过程中，控制固定有所述石墨模具的转架的转速为3～5RPM。
5.根据权利要求1-4任一项所述的石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，所述表面预处理步骤中所述清洗的时间为28～32min。
6.根据权利要求1-4任一项所述的石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，所述真空镀铬的步骤中所述沉积的时间为55～65min。
7.根据权利要求1-4任一项所述的石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，所述真空镀碳化铬的步骤中所述沉积的时间为25～35min。
8.根据权利要求1-4任一项所述的石墨模具表面硬化的方法，其特征在于，所述真空离子渗碳的步骤中所述渗碳处理的时间为150～240min。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的石墨模具表面硬化的方法处理得到的表面硬化的石墨模具。
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|---|---|---|---|---|
| CN114085032B (zh) * | 2021-12-06 | 2023-01-31 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种玻璃热弯用的石墨模具表面处理方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1246544A (zh) * | 1999-07-05 | 2000-03-08 | 上海交通大学 | 稀土过饱和渗碳工模具钢 |
| JP2010274327A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-12-09 | Nishikimi Chuzo Kk | 薄肉鋳鉄製品の鋳造用金型及び薄肉鋳鉄製品の製造装置、薄肉球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10109565B4 (de) * | 2001-02-28 | 2005-10-20 | Vacuheat Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur partiellen thermochemischen Vakuumbehandlung von metallischen Werkstücken |
| JP5483384B2 (ja) * | 2007-06-01 | 2014-05-07 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Ｄｌｃ膜及びｄｌｃコート金型 |
| CN101701332B (zh) * | 2009-11-17 | 2011-05-11 | 武汉大学 | 中频磁控辉光放电法制备复合类金刚石涂层的方法 |
| WO2012033465A1 (en) * | 2010-09-07 | 2012-03-15 | National University Of Singapore | A surface treatment method to develope a durable wear resistant overcoat for magnetic recording systems |
| CN105951044A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-09-21 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 乙炔气体改性类石墨碳膜的制备方法 |
| CN106637207B (zh) * | 2016-12-30 | 2019-08-23 | 纳峰真空镀膜（上海）有限公司 | 一种石墨基材上的耐高温类金刚石涂层方法 |
| CN107034440B (zh) * | 2017-05-03 | 2019-09-17 | 马鞍山市卡迈特液压机械制造有限公司 | 一种复合类金刚石碳膜及其制备方法 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1246544A (zh) * | 1999-07-05 | 2000-03-08 | 上海交通大学 | 稀土过饱和渗碳工模具钢 |
| JP2010274327A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-12-09 | Nishikimi Chuzo Kk | 薄肉鋳鉄製品の鋳造用金型及び薄肉鋳鉄製品の製造装置、薄肉球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 模具真空热处理;马中元等;《现代机械》;20070430(第02期);第10-12页 * |
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