CN111593334B - 模具表面处理方法及其镀膜结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模具表面处理方法及其镀膜结构。本发明的模具表面处理方法包括：提供热压模具，并对热压模具的表面进行清洗处理，得到清洗模具；利用Ⅷ族元素的溶液将清洗模具表面进行活化；将表面被活化的模具置于第一镀膜溶液中，在热压模具的表面镀制含磷合金层，得到第一镀膜模具；将第一镀膜模具置于第二镀膜溶液中，在第一镀膜模具的表面镀制含氟复合层，得到第二镀膜模具；在所述第二镀膜模具的表面镀制金属纳米层，得到第三镀膜模具；在所述第三镀膜模具的表面镀制过渡态金属氮化物纳米层，得到模具表面镀膜结构。含氟复合层为软层，金属纳米层以及过渡态金属氮化物纳米层为硬层，软硬结合，既保证了结合力，又提升了镀层的使用性能和寿命。
Description
【技术领域】
本发明涉及模具表面处理的技术领域，尤其涉及一种模具表面处理方法及其镀膜结构。
【背景技术】
目前在热压模具上防黏膜及提高产品质量的方式主要是两种：
1.模具表面不做镀层，但是在模具加工时提高模具的加工精度和降低粗糙度。
2.模具表面做镀层，表面镀层结构由两层结构组成，底部1-3μm是450-600HV硬度的含磷合金镀层，上一层为2μm左右厚的复合镀层，主要是向镀膜材料里面掺杂100-200nm直径大小的含氟颗粒，使镀膜材料含氟量达10％-20％。
上述第一种方法存在如下缺点：
1)模具加工成本高，生产过程模具表面也容易受损，并且模具运输保护成本也相应比普通模具高。
2)不能满足所有的压模材料，会有粘膜的问题，影响良率。
3)清洗频繁，从而导致生产效率低。
4)模具损坏后不能重复利用，无形中也提高了生产成本。
上述第二种方法存在如下缺点：
1)相比第一种方法，模具粘膜得到了很大的改善，清洗次数也呈指数减少，但是仍然100膜次不到就需要清洗一次。
2)镀层中含氟颗粒是通过共沉积加工的，所以颗粒之间会有一定的间隙，使用过程容易脱落(如图1圆圈中所示)，形成凹坑或白斑。这样压模材料容易渗进或黏附在脱落位置，再加上该镀层硬度不高，总体模具使用寿命也就降低了，总膜次只能做到1000膜左右。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种减少模具加工成本，提高产能效率的模具表面处理方法及其镀膜结构。
本发明第一方面公开的技术方案如下：
一种模具表面处理方法，包括：
步骤S1：提供热压模具，并对所述热压模具的表面进行清洗处理，得到清洗模具；
步骤S2：将所述清洗模具置于第一镀膜溶液中，在所述清洗模具的表面镀制含磷合金层，得到第一镀膜模具；
步骤S3：将所述第一镀膜模具置于第二镀膜溶液中，在所述第一镀膜模具的表面镀制含氟复合层，得到第二镀膜模具；
步骤S4：在所述第二镀膜模具表面镀制金属纳米层，得到第三镀膜模具；
步骤S5：在所述第三镀膜模具表面镀制过渡态金属氮化物纳米层，得到具有四层镀膜的热压模具。
优选地，所述步骤S1具体包括：
提供热压模具，用酒精超声清洗后，在电解环境中使用碱性清洗剂对所述热压模具再次进行表面清洗处理，再利用强氧化性溶剂去除模具表面氧化物，得到所述清洗模具。
优选地，所述步骤S2还包括：
利用第Ⅷ族金属溶液对所述清洗模具进行表面活化处理，得到表面具有活性的热压模具；将所述表面具有活性的热压模具置于第一镀膜溶液中，进一步镀制含磷合金层。
优选地，所述步骤S2具体包括：
将所述清洗模具置于温度为80-90℃，pH值为4.3-5.8，金属离子浓度为5.1-5.8g/L的第一镀膜溶液中，通过化学镀方式使所述清洗模具的表面镀制含磷合金层，得到第一镀膜模具。
优选地，所述步骤S3还包括：
将所述第二镀膜模具放入封孔剂中浸泡10-20min；
使用70-90℃热水清洗浸泡后的第二镀膜模具并吹干；
在150-200℃的环境下进行热处理。
优选地，所述步骤S3具体包括：
将所述清洗模具置于温度为85-90℃，pH值为4.2-5.9，金属离子浓度为4.0-5.0g/L，含氟溶液体积分数为1％-5％的第二镀膜溶液中，通过共沉积方式使所述热压模具的表面镀制含氟复合层，得到第二镀膜模具。
优选地，所述步骤S4具体包括：
利用物理气相沉积真空镀方式或过滤阴极真空电弧技术镀膜方式在所述第二镀膜模具表面镀制金属纳米层，得到第三镀膜模具。
优选地，所述步骤S5具体包括：
利用物理气相沉积真空镀方式或过滤阴极真空电弧技术镀膜方式在所述第三镀膜模具表面镀制过渡态金属氮化物纳米层，得到所述模具表面镀膜结构。
优选地，使用所述模具表面镀膜结构进行压模，得到失效模具后，还包括：将所述失效模具置于氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中进行电解退镀处理，得到可二次利用模具。
本发明第二方面公开的技术方案如下：
一种基于上述的模具表面处理方法得到的模具表面镀膜结构，包括由内至外依次镀制于热压模具表面的含磷合金层、含氟复合层、金属纳米层以及过渡态金属氮化物纳米层。
本发明的有益效果在于：
本发明的模具表面处理方法通过在模具表面镀制功能膜层，同时具备了含氟复合层表面能低、摩擦系数低、接触角大等优点，还具备了金属纳米层以及过渡态金属氮化物纳米层孔隙率低，硬度高的特点，使模具表面不易受损。含氟复合层为软层，可以作为缓冲层，大大提高整个镀层的强度性能和产品面型一致性，金属纳米层以及过渡态金属氮化物纳米层为硬层，软硬结合，既保证了结合力，又提升了镀层的使用性能。
【附图说明】
图1为背景技术中模具镀层表面的局部放大示意图；
图2为本发明模具表面镀膜结构的剖视结构示意图；
图3为本发明模具表面处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请参阅图2，本发明第一方面公开一种模具表面镀膜结构，包括热压模具50，经过综合分析常规镀层的性质及压模材料的性能，结合化学镀和真空镀原理对热压模具表面处理层进行了设计，该模具表面镀膜结构具体分为四层，包括由内至外依次镀制于所述模具本体表面的第一层含磷合金层10、第二层含氟复合层20、第三层金属纳米层30以及第四层过渡态金属氮化物纳米层40。
本发明的模具表面镀膜结构具有的性能，如下表一所示：
表一
| 镀层 | 厚度/nm | 应力/Gpa | 硬度/Gpa | 模量/Gpa | 摩擦系数 | 接触角 |
| 第四层 | 300～700 | -3.77～-1.62 | 28.20±3.37 | 688.9±6.76 | 0.2～0.50 | 100～110.6 |
含磷合金层是为了镀制含氟复合层所做的准备，提高了含氟复合层与模具的结合强度，也可大大降低含氟复合层孔隙率；含氟复合层20为软层，为确保该层中的含氟颗粒不容易掉落，镀层中的细微孔洞达到封闭的效果，进一步提高镀层的使用性能和产品面型一致性，利用电镀和真空镀优点相结合，设计了金属纳米层30以及过渡态金属氮化物纳米层40，该两层硬度高(硬度是模具本身硬度的3-4倍)，可达到软硬结合的效果，既保证结合力，又提升了镀层的使用性能，在模具使用压膜的过程中，由于其表面不存在空隙，压膜材料也不会渗入镀层。
请进一步参阅图3，本发明第二方面公开了一种模具表面处理方法，包括：
步骤S1：提供热压模具，并对所述热压模具的表面进行清洗处理，得到清洗模具；
具体地，提供热压模具，用酒精超声清洗后，在电解环境中使用碱性清洗剂对所述热压模具再次进行表面清洗处理，再利用强氧化性溶剂去除模具表面氧化物，得到所述清洗模具,本方案使用的强氧化溶剂为常规氧化剂，如双氧水、高锰酸钾溶液等。
步骤S10：利用第Ⅷ族金属溶液对清洗处理后的所述热压模具进行表面活化处理，以置换出热压模具表面的金属离子(如Ni)，得到表面具有活性的热压模具，便于后续含磷复合层的镀制。
步骤S2：将所述表面具有活性的热压模具置于第一镀膜溶液中，在所述热压模具的表面镀制含磷合金层，得到第一镀膜模具。
具体地，将所述表面具有活性的热压模具置于温度为80-90℃，pH值为4.3-5.8，金属离子浓度为5.1-5.8g/L的第一镀膜溶液中，通过化学镀方式使所述热压模具的表面镀制含磷合金层，得到第一镀膜模具。
步骤S3：将所述第一镀膜模具置于第二镀膜溶液中，在所述第一镀膜模具的表面镀制含氟复合层，得到第二镀膜模具。
具体地，将所述清洗模具置于温度为85-90℃，pH值为4.2-5.9，金属离子浓度为4.0-5.0g/L，含氟溶液体积分数为1％-5％的第二镀膜溶液中，通过共沉积方式使所述热压模具的表面镀制含氟复合层，得到第二镀膜模具。
步骤S30：将所述第二镀膜模具放入封孔剂中浸泡10min；使用75℃热水清洗浸泡后的第二镀膜模具并吹干；在150-200℃的环境下进行热处理，得到封孔模具。本方案中的封孔剂选用环胺类物质：环已胺，二环已胺等。
步骤S4：在所述封孔模具表面镀制金属纳米层，得到第三镀膜模具；
具体地，利用物理气相沉积真空镀膜方式在所述第二镀膜模具表面镀制金属纳米层，得到第三镀膜模具，本方案的金属纳米层中的金属成分可以为钛、铬等材料，上述金属材料与含氟复合层和第四层的匹配度好，可以进一步确保结合力。再加上其性价比高，可节省生产成本。具体地通过加热金属耙材，再通过氩离子轰击使其表面激发出原子或离子后沉积在作为第二镀膜模具的表面。当然，本方案还可以采用过滤阴极真空电弧技术镀膜方式实现金属在第二镀膜模具上的镀附，该方案可以过滤掉大颗粒，使制备的膜层表面平整光滑，孔隙率低，抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。
步骤S5：在所述第三镀膜模具表面镀制过渡态金属氮化物纳米层，得到具有四层镀膜的模具表面镀膜结构。
具体地，利用物理气相沉积真空镀膜方式在所述第三镀膜模具表面镀制过渡态金属氮化物纳米层，得到模具表面镀膜结构。具体地通过加热金属耙材，再通过氩离子轰击使其表面激发出原子或离子，同时与离化后的氮气(N2)结合后沉积作为第三镀膜模具的表面。当然，本方案还可以采用过滤阴极真空电弧技术镀膜方式实现金属在第三镀膜模具上的镀附，该方案中的过渡态金属氮化物纳米层采用的成分为氮化铬等抗腐蚀性强的陶瓷材料，可以过滤掉大颗粒，使制备的膜层表面平整光滑，抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。
由于镀层中的含氟复合层具备易脱模，表面光滑摩擦系数低的很多优势，但是含氟镀层是通过共沉积方式得到的，颗粒是黏附上去，容易因摩擦脱落，并且该镀层还有细微的孔洞。那么在该镀层表面再镀一层纳米层，保护颗粒不掉落，还达到了封孔的效果，提高了镀层的使用性能。
本方案镀制了4层镀层的模具单次清洗膜次/次以及总压模次数/次的效率远远高于序号1以及序号2的模具，其可退镀，既提高了生产效率，又节省了模具的加工成本，更提高了产品良率。
需要说明的是，使用所述具有四层镀膜的热压模具进行压模后，得到失效模具，还可以进行模具回收利用，具体包括：
S800、回收利用：将所述失效模具置于氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液中进行电解退镀处理，得到可二次利用模具。
退镀后又可以和新模具一样进行使用。节省了模具的成本，这样的操作，模具至少可以被退镀2次，也就是说一副模具至少可以使用3个回合。
综上所述，该镀层可以至少省去2副模具的加工成本；效率上提高至少3倍；产能提高至少5倍；还节省了人工清洗的成本；产品性能至少提高35％；提高客户的满意度。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种模具表面处理方法，其特征在于，包括：
步骤S1:提供热压模具，并对所述热压模具的表面进行清洗处理，得到清洗模具；
步骤S2:将所述清洗模具进行表面活化后置于第一镀膜溶液中，在所述清洗模具后的表面镀制含磷合金层，得到第一镀膜模具；
步骤S3:将所述第一镀膜模具置于第二镀膜溶液中，在所述第一镀膜模具的表面镀制含氟复合层，得到第二镀膜模具；
步骤S4：在所述第二镀膜模具的表面镀制金属纳米层，得到第三镀膜模具；
步骤S5:在所述第三镀膜模具的表面镀制过渡态金属氮化物纳米层，得到模具表面镀膜结构。
2.根据权利要求1所述的模具表面处理方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
提供热压模具，用酒精超声清洗后，在电解环境中使用碱性清洗剂对所述热压模具再次进行表面清洗处理，再利用强氧化性溶剂去除模具表面氧化物，得到所述清洗模具。
3.根据权利要求1所述的模具表面处理方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
利用第Ⅷ族元素金属溶液对所述清洗模具进行表面活化处理，得到表面具有活性的热压模具，将所述表面具有活性的热压模具置于第一镀膜溶液中，进一步镀制含磷合金层。
4.根据权利要求1所述的模具表面处理方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
将所述清洗模具置于温度为80-90℃，pH值为4.3-5.8，金属离子浓度为5.1-5.8g/L的溶液中镀制，通过化学镀的方式使所述清洗模具的表面镀制含磷合金层，从而得到第一镀膜模具。
5.根据权利要求1所述的模具表面处理方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
将所述第二镀膜模具放入封孔剂中浸泡10-20min；
使用70-90℃热水清洗浸泡后的第二镀膜模具并吹干；
在150-200℃的环境下进行热处理。
6.根据权利要求1所述的模具表面处理方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
将所述第一镀膜模具置于温度为85-90℃，pH值为4.2-5.9，金属离子浓度为4.0-5.0g/L，含氟溶液体积分数为1％-5％的第二镀膜溶液中，通过共沉积方式使所述热压模具的表面镀制含氟复合层，得到第二镀膜模具。
7.根据权利要求1所述的模具表面处理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
利用物理气相沉积真空镀方式或过滤阴极真空电弧技术镀膜方式在所述第二镀膜模具表面镀制金属纳米层，得到第三镀膜模具。
8.根据权利要求1所述的模具表面处理方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
利用物理气相沉积真空镀方式或过滤阴极真空电弧技术镀膜方式在第三镀膜模具表面镀制过渡态金属氮化物纳米层，得到所述模具表面镀膜结构。
9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的模具表面处理方法得到的模具表面镀膜结构，其特征在于，包括由内至外依次镀制热压模具表面的含磷合金层、含氟复合层、金属纳米层以及过渡态金属氮化物纳米层。
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