CN111136839A - 模具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模具及其制备方法，其中，模具的内表面上具有准晶涂层，准晶涂层由准晶材料形成。因此，该模具使用寿命长，脱模阻力，脱模效率的优点，进而可以降低注塑件表面的划伤概率，提高注塑件品质。另外，该模具的内表面具有较低的摩擦系数，因此拔模斜度做到更低，以满足目前市场对注塑件外形设计需求，提高产品的市场竞争力。

Description

模具及其制备方法

技术领域

本发明属于模具领域，具体而言，本发明涉及模具及其制备方法。

背景技术

在塑料成型过程中，为了便于塑料件从模腔中取出，塑料件与模具侧壁接触部位必须具有一定的斜度，称为拔模斜度。拔模斜度和模具内表面的不粘性及摩擦系数有关，模具内表面的不粘性越好、摩擦系数越低则拔模斜度可设计的越小。一般金属模具的拔模斜度为0.5°～2°，拔模斜度过小会导致脱模阻力增大，划伤制件表面。但目前市场越来越追求差异化产品，小角度拔模所设计出的产品备受消费者的青睐。因此，目前的注塑模具有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有内表面硬度高、摩擦系数低的模具及其制备方法。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种模具，根据本发明的具体实施例，所述模具的内表面上具有准晶涂层，所述准晶涂层由准晶材料形成。

由此，本发明上述实施例的模具通过在内表面上形成准晶涂层，该准晶涂层与模具内表面之间具有良好的结合力，不易脱落，并且该准晶涂层具有高硬度、低摩擦系数以及优异的不粘性能的优点。因此不仅可以显著提高模具的使用寿命，更重的是可以进一步减小脱模阻力，提高注塑件的脱模效率，同时降低注塑件表面的划伤概率，提高注塑件品质。另外，由于该模具内具有低摩擦系数以及优异的不粘性能的准晶涂层，降低了脱模难度，进而可以将拔模斜度做到更低，满足对注塑件外形设计需求，提高产品的市场竞争力。

在本发明的一些实施例中，所述准晶材料包含铝、铁、铜、铬、钛、镍以及锆中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述准晶材料中含有原子百分比分别为60-70％的铝，15-25％的铜、5-15％的铁和5-15％的铬。

在本发明的一些实施例中，所述模具的拔模斜度为0.5°以下。

在本发明的一些实施例中，所述模具的材质为不锈钢或者铝合金。

在本发明的一些实施例中，所述模具的内表面的硬度为5-6GPa。

在本发明的一些实施例中，所述模具的内表面的摩擦系数为0.3-0.5。

在本发明的一些实施例中，所述模具的模腔的内表面和/或模芯的外表面具有所述准晶涂层。

在本发明的一些实施例中，所述模具的镶块、滑块的外表面具有所述准晶涂层。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种制备前面实施例的模具的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将准晶合金锭供进行制粉处理，以便得到准晶粉末；

(2)将所述准晶粉末进行球化处理，以便得到准晶颗粒；以及

(3)提供模具成型品，基于所述准晶颗粒，在所述模具成型品的内表面上均形成准晶涂层。

由此，通过采用本发明上述实施例的制备模具的方法可以有效地在模具成型品的内表面上形成准晶涂层，进而显著提高模具内表面的硬度，降低摩擦系数以及提高不粘性能。从而显著提高模具的使用寿命，更重的是可以进一步减小模具的脱模阻力。因此采用该模具可以显著提高注塑件的脱模效率，同时还可以进一步降低注塑件表面的划伤概率，提高注塑件品质。另外，由于该模具内具有低摩擦系数以及优异的不粘性能的准晶涂层，降低了脱模难度，进而进一步降低模具的拔模斜度，进而提高注塑件外形设计需求，提高产品的市场竞争力。

在本发明的一些实施例中，所述准晶合金锭通过对含有铝材、铜材、铁材和铬材的混合物进行熔炼处理形成。

在本发明的一些实施例中，所述混合物中铝、铜、铁和铬的原子百分比为：60-70％的铝，15-25％的铜，5-15％的铁和5-15％铬。

在本发明的一些实施例中，所述制粉处理采用雾化制粉法。

在本发明的一些实施例中，所述准晶颗粒的粒径小于150μm。

在本发明的一些实施例中，所述准晶涂层是通过等离子喷涂法形成的。

在本发明的一些实施例中，所述等离子喷涂处理的条件包括：电弧功率为30-40kW，主气流量为50-60L/min，辅助气流量为20-30L/min，送粉量为15-20g/min。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)之后进一步包括对所述准晶涂层进行退火处理。

在本发明的一些实施例中，所述退火处理在惰性气体氛围或真空下进行，所述退火处理的温度为600-800摄氏度，时间为0.5-6小时。

在本发明的一些实施例中，在完成所述退火处理后进一步包括对所述准晶涂层的表面进行抛光至粗糙度Ra小于2微米。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)之前，预先将所述模具成型品的内表面进行清洁处理和打砂处理，所述清洁处理包括：依次采用酒精、三氯乙烯和纯净水进行超声波清洗，以便除去锈迹。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的模具的结构图。

图2是根据本发明一个实施例的制备模具的方法的流程图。

图3是根据本发明另一个实施例的制备模具的方法的流程图。

图4是根据本发明在一个实施例的制备模具的方法的流程图。

图5是根据本发明在一个实施例的制备模具的方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，如图1所示，本发明提出了一种模具100，根据本发明的具体实施例，所述模具100的内表面上具有准晶涂层110，所述准晶涂层110由准晶材料形成。

由此，本发明上述实施例的模具通过在内表面上形成准晶涂层，该准晶涂层与模具内表面之间具有良好的结合力，不易脱落，并且该准晶涂层具有高硬度、低摩擦系数以及优异的不粘性能的优点。因此不仅可以显著提高模具的使用寿命，更重的是可以进一步减小脱模阻力，提高注塑件的脱模效率，同时降低注塑件表面的划伤概率，提高注塑件品质。另外，由于该模具内具有低摩擦系数以及优异的不粘性能的准晶涂层，由此降低了产品与模具之间的摩擦力，同时能够防止产品在脱模过程中与模具发生粘连，从而降低了脱模难度，进而可以将拔模斜度做到更低，提高注塑件外形设计需求，提高产品的市场竞争力。

因此，本发明上述实施例的模具是基于发明人对模具内表面的改性，并且在意外中尝试，在模具的内表面形成准晶涂层，发现可以形成完整的准晶涂层，而且该准晶涂层能够牢固地结合在模具的内表面。通过进一步测试该准晶涂层具有比不锈钢更高的硬度和更低的摩擦系数，可以显著降低模具内注塑件的脱模阻力，进而提高脱模效率，降低对注塑件的划伤。

根据本发明的具体实施例，所述准晶材料包含铝、铁、铜、铬、钛、镍以及锆中的一种或多种。

根据本发明的具体实施例，优选的，上述形成准晶涂层的准晶材料中包含铝、铜、铁和铬。由此可以进一步提高准晶涂层的硬度和降低其摩擦系数，进而提高模具的使用寿命和脱模效率。

根据本发明的具体实施例，准晶材料中含有原子百分比分别为60-70％的铝，15-25％的铜、5-15％的铁和5-15％的铬。由此可以进一步提高准晶粉末中准晶的含量和纯度。并且具有上述各元素成分和配比的准晶粉末具有特殊的5次旋转对称性的衍射斑和十次旋转对称的衍射斑，从而形成十次体和二十面体的结构。由此可以进一步提高准晶涂层的硬度、降低摩擦系数，进而可以将模具设置更小的拔模斜度，以便提高注塑件的产品品质。

根据本发明的具体实施例，模具的内表面上准晶涂层，具体地，准晶涂层可以仅仅存在于模具上需要设置拔模斜度的侧壁上，进而可以在节省准晶涂层成本的前提下，仍能够有效降低拔模斜度，便提高注塑件的产品品质。

根据本发明的具体实施例，目前现有的模具的拔模斜度为0.5°-2°，而本发明实施例的具有准晶涂层内表面的模具的拔模斜度可以降至0.5°以下(如图1所示)。由此可以进一步提高注塑件的外形设计需要，提高产品市场竞争力。

根据本发明的具体实施例，上述模具的材质为不锈钢或者铝合金。而内层的准晶涂层具有比不锈钢更高的硬度和更低的摩擦系数，因此可以显著提高不锈钢或者铝合金模具的脱模效率，降低拔模斜度，提高产品市场竞争力。

根据本发明的具体实施例，上述模具可以是用于注塑炒锅、煎锅、炖锅、电饭煲或者压力锅等用塑料配件的模具。进而可以提高注塑件的脱模效率，同时减少对注塑件表面的划伤，提高注塑件的品质，进而提高炒锅、煎锅、炖锅、电饭煲和压力锅等的品质。同时上述模具均具有较小的拔模斜度，进而可以进一步满足炒锅、煎锅、炖锅、电饭煲和压力锅等的注塑件的外观设计要求，以提高其产品市场竞争力。

根据本发明的具体实施例，上述模具的内表面的硬度为5-6GPa。由此可以进一步提高模具的使用寿命，同时还可以提高拔模效率。

根据本发明的具体实施例，上述模具的内表面的摩擦系数为0.3-0.5。由此该模具较低摩擦系数可以显著提高脱模效率，减低对注塑件的划伤，同时具有较低摩擦系数的前提下还可以减少模具的拔模斜度，进而可以进一步满足对注塑件外形设计的要求，提高产品的市场竞争力。

根据本发明的具体实施例，模具的内表面上具有准晶涂层，即准晶涂层可以仅仅存在于模具上需要设置拔模斜度的侧壁上，具体的，所述模具的模腔的内表面和/或模芯的外表面具有所述准晶涂层，所述模具的镶块、滑块的外表面具有所述准晶涂层。进而可以在节省制备准晶涂层成本的前提下，仍能够有效降低拔模斜度，进一步提高成型产品的品质；并由于准晶涂层优异的不粘性能，能够防止产品粘附在模腔和/或型芯表面，降低拔模难度。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种制备前面实施例的模具的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将准晶合金锭供进行制粉处理，以便得到准晶粉末；

(2)将所述准晶粉末进行球化处理，以便得到准晶颗粒；以及

(3)提供模具成型品，基于所述准晶颗粒，在所述模具成型品的内表面上均形成准晶涂层。

由此，通过采用本发明上述实施例的制备模具的方法可以有效地在模具成型品的内表面上形成准晶涂层，进而显著提高模具内表面的硬度，降低摩擦系数。从而显著提高模具的使用寿命，更重要的是可以进一步减小模具的脱模阻力。因此采用该模具可以显著提高注塑件的脱模效率，同时还可以进一步降低注塑件表面的划伤概率，提高注塑件品质。另外，由于该模具内具有低摩擦系数准晶涂层，降低了脱模难度，进而进一步降低模具的拔模斜度，进而提高注塑件外形设计需求，提高产品的市场竞争力。

下面参考图2-5对本发明具体实施例的制备模具的方法进行详细描述：

S100：制粉处理

根据本发明的具体实施例，步骤(1)中，准晶合金锭是通过对含有铝、铁、铜、铬、钛、镍以及锆中的一种或多种混合物进行行熔炼处理形成。

首先，将准晶合金锭供进行制粉处理，以便得到准晶粉末。

根据本发明的具体实施例，准晶合金锭是通过对含有铝材、铜材、铁材和铬材的混合物进行熔炼处理形成。由此，得到的准晶合金锭更适于后续形成准晶涂层。

根据本发明的具体实施例，上述混合物中铝、铜、铁和铬的原子百分比为：60-70％的铝，15-25％的铜，5-15％的铁和5-15％铬。由此，可以使得获得的准晶涂层中准晶含量较高。进而可以进一步提高准晶涂层的硬度，降低准晶涂层的摩擦系数，进而提高模具的性能。

根据本发明的具体实施例，用于将准晶合金锭制备为准晶粉末的处理方法并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。根据本发明的优选实施例，可以通过雾化制粉法将准晶合金锭制备为准晶粉末，由此制备得到的准晶粉末更适于后续用于形成准晶涂层。

S200：球化处理

其次，将上述制备得到的准晶粉末进行球化处理，以便得到准晶颗粒。由此球化处理得到的准晶颗粒具有更好的流动性，进而方便后续的喷涂处理过程中准晶颗粒的给料，提高喷涂均匀度。

根据本发明的具体实施例，上述准晶颗粒的粒径小于150μm。由此可以有效地在模具成型品的内表面上形成准晶涂层，进而提高模具内表面的硬度，降低内表面的摩擦系数。具体地，上述准晶颗粒的粒径优选为60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、115μm、120μm、150μm。由此可以进一步提高模具内表面的硬度，降低内表面的摩擦系数。

S300：喷涂处理

最后，提供模具成型品，基于所述准晶颗粒，在所述模具成型品的内表面上均匀形成准晶涂层。

根据本发明的具体实施例，所述准晶涂层是通过等离子喷涂法形成的。由此，可有效地在模具成型品的内表面上形成准晶涂层，并且采用该方法工艺成熟，易操作，易于工业化生产。

根据本发明的具体实施例，上述等离子喷涂处理的条件包括：电弧功率为30-40kW，主气流量为50-60L/min，辅助气流量为20-30L/min，送粉量为15-20g/min。由此可以均匀地形成准晶涂层。

S400：退火处理

根据本发明的实施例，参考图3，本发明的形成准晶涂层的方法在步骤S300之后进一步包括：对所述准晶涂层进行退火处理。

该步骤中，对准晶涂层进行退火处理。发明人发现，通过等离子喷涂法在模具内表面形成准晶涂层，会使准晶颗粒中的至少一部分准晶转化为非晶相。进而通过对准晶涂层进行退火处理，可以使准晶涂层中的准晶晶种重新转化为准晶，从而提高准晶涂层中的准晶含量。

根据本发明的实施例，退火处理在惰性气体氛围或真空下进行，退火处理的温度为600-800摄氏度，时间为0.5-6小时。优选650℃、700℃、750℃。如此，在该温度范围内退火，不仅可以将准晶涂层中由于等离子喷涂转化的非晶相在高温下重新转化为准晶，而且使得准晶涂层中的准晶晶种长大成为准晶晶粒，再者，也不会影响准晶涂层的质量；若温度低于600℃，则不足以使非晶相转化为准晶，但是相比于退火处理之前的准晶涂层，准晶涂层中的准晶含量还是有提高的；若温度高于800℃，虽然可以大大提高底层和准晶涂层中准晶的含量，但是在退火过程中，过高的温度会使得涂层中具有过高的热应力，而这种过高的热应力会使得准晶涂层开裂，不仅严重影响其质量和使用性能，也会影响准晶涂层的摩擦系数。

S500：抛光处理

根据本发明的具体实施例，如图4所示，在完成上述退火处理后进一步包括对准晶涂层的表面进行抛光至粗糙度Ra小于2微米。由此可以进一步提高准晶涂层表面的摩擦系数，进而提高脱模效率，降低注塑件表面的划伤概率，提高注塑件品质。另外，由于该模具内具有低摩擦系数准晶涂层，降低了脱模难度，进而可以将拔模斜度做到更低，满足对注塑件外形设计需求，提高产品的市场竞争力。

S600：清洗处理

根据本发明的具体实施例，如图5所示，在步骤S300之前，预先将模具成型品的内表面进行清洁处理和打砂处理，所述清洁处理包括：依次采用酒精、三氯乙烯和纯净水进行超声波清洗，以便除去锈迹。由此通过对模具成型品的内表面进行清洁处理，可以进一步提高准晶涂层与内表面的结合力，进而使得准晶涂层不易脱落，以便提高模具的品质。

实施例1

按照下列步骤制备不锈钢模具：

(1)采用纯铝、纯铜、纯铁、纯铬作为原材料，根据铝：60-70％，铜：15-25％，铁：5-15％，铬：5-15％的原子比分别进行配料。

(2)将称量好的原材料放入中频感应炉中进行熔炼处理，其中，将铁和铬放置在中频感应炉底端位置。熔炼处理全程通入惰性气体作为保护气或者将炉内抽真空，待合金熔化完全并除渣后，浇铸得到准晶合金锭。

(3)将准晶合金锭供给至雾化制粉装置中，进行雾化制粉，全程采用惰性气体保护或对体系抽真空，得到准晶粉末。

(4)将上述制备得到的准晶粉末进行球化处理并筛分，并得到粒径小于150um的准晶颗粒。

(5)依次采用酒精、三氯乙烯或者纯水加超声波等方式对不锈钢模具成型品的内表面进行清洁并烘干，要求表面在等离子喷涂前不能有锈迹等。

(6)基于准晶颗粒，利用等离子喷涂装置在不锈钢模具成型品的内表面形成底层；等离子喷涂装置的工作条件为：电弧功率为30-40kW，主气流量为50-60L/min，辅助气流量为20-30L/min，送粉量为15-20g/min。

(7)利用退火装置在惰性气体氛围或真空下对形成有准晶涂层的模具进行退火处理，退火处理的温度为600-800摄氏度，具体条件为：升温速率为5～100℃/min，保温时间为0.5～4h，降温速率为5～100℃/min，降温至200～300℃，随炉冷却到室温。

(8)对准晶涂层的表面进行抛光至粗糙度Ra小于2微米。拔模斜度为0.3°。

对比例1

提供一不锈钢模具，该不锈钢模具的内表面粗糙度与实施例1中的不锈钢模具相同；与实施例1不同之处在于，该不锈钢模具不具有准晶涂层。

测试分析：

分别对实施例1制备得到的模具和对比例1提供的现有不锈钢模具的内表面硬度、摩擦力和平均摩擦系数进行测试分析。

硬度测试：采用维氏硬度计，硬度单位为GPa。

摩擦系数测试：采用旋转摩擦测试仪，载荷为1000g，实验时间为40分钟，旋转速度200r/min。

测试结果：

通过上述测试数据的对比可明显看出，实施例1制备的模具(具有准晶涂层的不锈钢模具)的内表面的硬度是现有不锈钢模具内表面硬度的2倍；摩擦力仅为现有不锈钢模具的1/4；而且平均摩擦系数较现有不锈钢模具也降低了50％。因此，采用实施例1方法制备得到的模具具有更强的硬度和较低摩擦力和摩擦系数，进而可以显著提高模具的使用寿命，提高脱模效率，降低注塑件的划伤，同时还可以将模具的拔模斜度降至0.3°，进而可以进一步满足注塑件外观设计的要求，提高产品品质和市场竞争力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (20)

1.一种模具，其特征在于，所述模具的内表面上具有准晶涂层，所述准晶涂层由准晶材料形成。

2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述准晶材料包含铝、铁、铜、铬、钛、镍以及锆中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的模具，其特征在于，所述准晶材料中含有原子百分比分别为60-70％的铝，15-25％的铜、5-15％的铁和5-15％的铬。

4.根据权利要求3所述的模具，其特征在于，所述模具的拔模斜度为0.5°以下。

5.根据权利要求4所述的模具，其特征在于，所述模具的材质为不锈钢或者铝合金。

6.根据权利要求5所述的模具，其特征在于，所述模具的内表面的硬度为5-6GPa。

7.根据权利要求6所述的模具，其特征在于，所述模具的内表面的摩擦系数为0.3-0.5。

8.根据权利要求7所述的模具，其特征在于，所述模具的模腔的内表面和/或模芯的外表面具有所述准晶涂层。

9.根据权利要求8所述的模具，其特征在于，所述模具的镶块、滑块的外表面具有所述准晶涂层。

10.一种制备权利要求1-9任一项所述模具的方法，其特征在于，包括：

(1)将准晶合金锭供进行制粉处理，以便得到准晶粉末；

(2)将所述准晶粉末进行球化处理，以便得到准晶颗粒；以及

(3)提供模具成型品，基于所述准晶颗粒，在所述模具成型品的内表面上均形成准晶涂层。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述准晶合金锭通过对含有铝材、铜材、铁材和铬材的混合物进行熔炼处理形成。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述混合物中铝、铜、铁和铬的原子百分比为：60-70％的铝，15-25％的铜，5-15％的铁和5-15％铬。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述制粉处理采用雾化制粉法。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述准晶颗粒的粒径小于150μm。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述准晶涂层是通过等离子喷涂法形成的。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述等离子喷涂处理的条件包括：电弧功率为30-40kW，主气流量为50-60L/min，辅助气流量为20-30L/min，送粉量为15-20g/min。

17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤(3)之后进一步包括对所述准晶涂层进行退火处理。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述退火处理在惰性气体氛围或真空下进行，所述退火处理的温度为600-800摄氏度，时间为0.5-6小时。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在完成所述退火处理后进一步包括对所述准晶涂层的表面进行抛光至粗糙度Ra小于2微米。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在步骤(3)之前，预先将所述模具成型品的内表面进行清洁处理和打砂处理，所述清洁处理包括：依次采用酒精、三氯乙烯和纯净水进行超声波清洗，以便除去锈迹。

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