CN116590707A - 一种注塑模具制备dlc涂层的方法及注塑模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注塑模具制备DLC涂层的方法及注塑模具，涉及溅射镀膜领域，旨在解决模具耐磨性不高易损坏的问题，其技术方案要点是：一种注塑模具制备DLC涂层的方法，包括以下步骤：S1、清洗并喷砂粗化模具表面；S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层。本发明的一种注塑模具制备DLC涂层的方法及注塑模具能够有效增加模具的耐磨性能并提高其表面润滑程度，减小摩擦，提高其使用寿命，同时方便重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，更具体地说，它涉及一种注塑模具制备DLC涂层的方法及注塑模具。
背景技术
在注塑模具中，在产品脱模时，通常需要顶针将产品顶出，在此过程中，顶针会与模仁以及模具滑块发生摩擦接触，从而使得顶针磨损较为严重，并且模仁以及模具滑块也会发生磨损，使其使用寿命降低。
目前市场上有针对模具通过在其表面增设DLC涂层来增加其耐磨能力，从而延长其使用寿命，但是众所周知的，DLC涂层其内应力较高，与模具的结合程度不高。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种塑模具制备DLC涂层的方法及注塑模具，通过在模具上设置CoNiCrAlY过渡层以及DLC涂层，从而提高模具的耐磨能力，提高模具的使用寿命。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种注塑模具制备DLC涂层的方法，包括以下步骤：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层。
本发明进一步设置为：在S2步骤中，中间过渡层涂层厚度10-20μm。
本发明进一步设置为：在S3步骤中，DLC涂层的厚度为20-50μm。
本发明进一步设置为：在S2步骤中，中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度15-40μm，电压50-70V，电流400~600A，搭道3-4mm，喷涂线速度400-600mm/s，距离150-180mm，氩气流量30-50L/min，氢气流量3-6L/min，送粉克数20-30g/min。
本发明进一步设置为：在S2步骤中，喷涂CoNiCrAlY过渡层的温度为20-200℃；喷涂完成后在氩气环境下自然冷却。
本发明进一步设置为：在S3步骤中，在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压600-800V，频率30-60Hz，脉宽150-300μs，沉积时间1-3min；然后通入C2H2气体，沉积时间1-2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量10-30L/min，C2H2流量5-10L/min,沉积时间6-10h，得到DLC涂层。
本发明进一步设置为：在S1步骤中，喷砂粗化后模具表面粗糙度Ra为3-5μm。
本发明进一步设置为：在S1步骤中，在空气压力0.5-1MPa下，使用白刚玉砂进行喷砂打磨。
本发明进一步设置为：所述模具包括顶针和\或模仁和\或模具滑块。
本发明同时提供一种注塑模具，在模具表面依次设置有CoNiCrAlY过渡层以及DLC涂层，其制备方式通过上述所述的方法获得。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1在模具表面先等离子喷射CoNiCrAlY过渡层打底，从而取缔了现有技术中通常需要沉积的金属过渡层以及离子清洗步骤；
2在CoNiCrAlY过渡层的基础上磁控溅射DLC涂层，能够增加DLC涂层的附着力，不会因为其内应力较大而发生脆性脱离的情况；
3模具表面是基于CoNiCrAlY过渡层打底，有助于当发生若干次摩擦之后，涂层发生磨损时，能够通过喷砂打磨，去除CoNiCrAlY过渡层以及DLC涂层，然后重新喷涂CoNiCrAlY过渡层以及DLC涂层，从而实现重复利用。
附图说明
图1为本发明的涂层结构示意图；
图2为本发明的模具、顶针、模仁以及摸具滑块的结构示意图；
图3为本发明的DLC涂层的微观照片；
图4为本发明的DLC涂层在100实验负载下的显微硬度照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其由以下步骤组成：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
清洗时，采用丙酮为清洗剂进行超声清洗30min左右，然后采用无水乙醇为清洗剂再次超声清洗30min左右，最后采用去离子水为清洗剂进行超声清洗30min左右，吹干后得到清洗好的模具；清洗好的摸具采用46目白刚玉砂，在空气压力0.5-1MPa下喷砂去除附着在模具表面的氧化层；然后再采用70目的白刚玉砂，在空气压力0.5-1MPa下进行表面喷砂粗化，喷砂后再次进行清洗，喷砂后模具表面粗糙度Ra3-5μm。
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度15-40μm，电压50-70V，电流400~600A，搭道3-4mm，喷涂线速度400-600mm/s，距离150-180mm，氩气流量30-50L/min，氢气流量3-6L/min，送粉克数20-30g/min；厚度为10-20μm。
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层；
磁控溅射喷涂DLC涂层的工艺参数为：在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压600-800V，频率30-60Hz，脉宽150-300μs，沉积时间1-3min；然后通入C2H2气体，沉积时间1-2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量10-30L/min，C2H2流量5-10L/min,沉积时间6-10h，得到DLC涂层，DLC涂层的厚度为20-50μm。
以上便可以获得如附图1所示的涂层结构，其中1为模具，2为CoNiCrAlY过渡层，3为DLC涂层。
上述的模具可以为整个模具本体，如图2所示，可以为整体的模具1，也可以是顶针101、模仁102、模具滑块103。
实施例一：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
清洗时，采用丙酮为清洗剂进行超声清洗30min左右，然后采用无水乙醇为清洗剂再次超声清洗30min左右，最后采用去离子水为清洗剂进行超声清洗30min左右，吹干后得到清洗好的模具；清洗好的摸具采用46目白刚玉砂，在空气压力0.5MPa下喷砂去除附着在模具表面的氧化层；然后再采用70目的白刚玉砂，在空气压力1MPa下进行表面喷砂粗化，喷砂后再次进行清洗，喷砂后模具表面粗糙度Ra3.5μm。
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度25μm，电压60V，电流550A，搭道4mm，喷涂线速度450mm/s，距离150mm，氩气流量50L/min，氢气流量5L/min，送粉克数2g/min；厚度为14μm。
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层；
磁控溅射喷涂DLC涂层的工艺参数为：在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压700V，频率40Hz，脉宽300μs，沉积时间2min；然后通入C2H2气体，沉积时间2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量20L/min，C2H2流量8L/min,沉积时间8h，得到DLC涂层，DLC涂层的厚度为32μm。
实施例二：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
清洗时，采用丙酮为清洗剂进行超声清洗30min左右，然后采用无水乙醇为清洗剂再次超声清洗30min左右，最后采用去离子水为清洗剂进行超声清洗30min左右，吹干后得到清洗好的模具；清洗好的摸具采用46目白刚玉砂，在空气压力0.8MPa下喷砂去除附着在模具表面的氧化层；然后再采用70目的白刚玉砂，在空气压力0.5MPa下进行表面喷砂粗化，喷砂后再次进行清洗，喷砂后模具表面粗糙度Ra4μm。
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度20μm，电压55V，电流450A，搭道3mm，喷涂线速度480mm/s，距离150mm，氩气流量45L/min，氢气流量4L/min，送粉克数22g/min；厚度为18μm。
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层；
磁控溅射喷涂DLC涂层的工艺参数为：在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压650V，频率50Hz，脉宽220μs，沉积时间1min；然后通入C2H2气体，沉积时间2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量25L/min，C2H2流量7L/min,沉积时间6h，得到DLC涂层，DLC涂层的厚度为28μm。
实施例三：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
清洗时，采用丙酮为清洗剂进行超声清洗30min左右，然后采用无水乙醇为清洗剂再次超声清洗30min左右，最后采用去离子水为清洗剂进行超声清洗30min左右，吹干后得到清洗好的模具；清洗好的摸具采用46目白刚玉砂，在空气压力0.9MPa下喷砂去除附着在模具表面的氧化层；然后再采用70目的白刚玉砂，在空气压力0.6MPa下进行表面喷砂粗化，喷砂后再次进行清洗，喷砂后模具表面粗糙度Ra5μm。
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度23μm，电压65V，电流520A，搭道3mm，喷涂线速度570mm/s，距离160mm，氩气流量40L/min，氢气流量5L/min，送粉克数25g/min；厚度为12μm。
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层；
磁控溅射喷涂DLC涂层的工艺参数为：在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压800V，频率45Hz，脉宽250μs，沉积时间2min；然后通入C2H2气体，沉积时间2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量20L/min，C2H2流量5L/min,沉积时间7h，得到DLC涂层，DLC涂层的厚度为27μm。
实施例四：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
清洗时，采用丙酮为清洗剂进行超声清洗30min左右，然后采用无水乙醇为清洗剂再次超声清洗30min左右，最后采用去离子水为清洗剂进行超声清洗30min左右，吹干后得到清洗好的模具；清洗好的摸具采用46目白刚玉砂，在空气压力0.6MPa下喷砂去除附着在模具表面的氧化层；然后再采用70目的白刚玉砂，在空气压力0.9MPa下进行表面喷砂粗化，喷砂后再次进行清洗，喷砂后模具表面粗糙度Ra5μm。
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度35μm，电压55V，电流550A，搭道3mm，喷涂线速度600mm/s，距离170mm，氩气流量45L/min，氢气流量5L/min，送粉克数29g/min；厚度为16μm。
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层；
磁控溅射喷涂DLC涂层的工艺参数为：在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压760V，频率35Hz，脉宽220μs，沉积时间1min；然后通入C2H2气体，沉积时间2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量15L/min，C2H2流量6L/min,沉积时间8h，得到DLC涂层，DLC涂层的厚度为38μm。
实施例五：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
清洗时，采用丙酮为清洗剂进行超声清洗30min左右，然后采用无水乙醇为清洗剂再次超声清洗30min左右，最后采用去离子水为清洗剂进行超声清洗30min左右，吹干后得到清洗好的模具；清洗好的摸具采用46目白刚玉砂，在空气压力0.8MPa下喷砂去除附着在模具表面的氧化层；然后再采用70目的白刚玉砂，在空气压力0.7MPa下进行表面喷砂粗化，喷砂后再次进行清洗，喷砂后模具表面粗糙度Ra4μm。
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度30μm，电压60V，电流480A，搭道4mm，喷涂线速度470mm/s，距离175mm，氩气流量45L/min，氢气流量5L/min，送粉克数22g/min；厚度为11μm。
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层；
磁控溅射喷涂DLC涂层的工艺参数为：在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压730V，频率50Hz，脉宽290μs，沉积时间3min；然后通入C2H2气体，沉积时间2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量18L/min，C2H2流量8L/min,沉积时间9h，得到DLC涂层，DLC涂层的厚度为36μm。
对比例一：
直接在模具表面，先进行超声波清洗，清洗时，采用丙酮为清洗剂进行超声清洗30min左右，然后采用无水乙醇为清洗剂再次超声清洗30min左右，最后采用去离子水为清洗剂进行超声清洗30min左右，吹干后得到清洗好的模具；然后进行离子刻蚀清洗：将模具放入高功率脉冲磁控溅射系统的真空室Cr靶正前方，抽真空度为通入氩气气，工件偏压为700V下利用辉光放电产生的氩离子对清洗好的基材表面进行氩离子刻蚀清洗，氩离子刻蚀清洗30min。
然后磁控溅射喷涂DLC涂层：在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压700V，频率40Hz，脉宽230μs，沉积时间2min；然后通入C2H2气体，沉积时间1min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量25L/min，C2H2流量6L/min,沉积时间9h，得到DLC涂层，DLC涂层的厚度为33μm。
以下对实施例一至五以及对比例一进行性能检测；
检测结果如表一所示：
表一：性能检测结果
其中，如图3所示，为DLC涂层的微观照片。
如图4所示，为DLC涂层在100实验负载下的显微硬度照片，在100倍的实验载荷下依然没有发生任何裂纹损伤。
因此，本发明提供的一种注塑模具制备DLC涂层的方法及注塑模具，其具有以下特点：
1在模具表面先等离子喷射CoNiCrAlY过渡层打底，从而取缔了现有技术中通常需要沉积的金属过渡层以及离子清洗步骤；
2在CoNiCrAlY过渡层的基础上磁控溅射DLC涂层，能够增加DLC涂层的附着力，不会因为其内应力较大而发生脆性脱离的情况；
3模具表面是基于CoNiCrAlY过渡层打底，有助于当发生若干次摩擦之后，涂层发生磨损时，能够通过喷砂打磨，去除CoNiCrAlY过渡层以及DLC涂层，然后重新喷涂CoNiCrAlY过渡层以及DLC涂层，从而实现重复利用。
其中，CoNiCrAlY过渡层直接附着在模具表面，能够有效吸附溅射镀膜产生的DLC涂层，并且其喷涂后表面会具有一定的孔隙率，喷涂DLC涂层后能够使DLC涂层溅射到空隙内从而与CoNiCrAlY过渡层产生结合，这样不仅增加了CoNiCrAlY过渡层与DLC涂层的结合力，并且降低了DLC涂层的内应力，从而有效提高了DLC的附着力，增加了DLC涂层的耐磨性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、清洗并喷砂粗化模具表面；
S2、通过等离子喷涂设备在模具表面喷涂CoNiCrAlY过渡层；
S3、在中间过渡层表面通过磁控溅射方式喷涂DLC涂层。
2.根据权利要求1所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：在S2步骤中，中间过渡层涂层厚度10-20μm。
3.根据权利要求1所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：在S3步骤中，DLC涂层的厚度为20-50μm。
4.根据权利要求1或2所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：在S2步骤中，中间过渡层的喷涂工艺参数为：喷涂材料：CoNiCrAlY合金粉，粉体粒度15-40μm，电压50-70V，电流400~600A，搭道3-4mm，喷涂线速度400-600mm/s，距离150-180mm，氩气流量30-50L/min，氢气流量3-6L/min，送粉克数20-30g/min。
5.根据权利要求4所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：在S2步骤中，喷涂CoNiCrAlY过渡层的温度为20-200℃；喷涂完成后在氩气环境下自然冷却。
6.根据权利要求1或3所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：在S3步骤中，在氩气环境中，采用脉冲磁控溅射对Cr靶放电，电压600-800V，频率30-60Hz，脉宽150-300μs，沉积时间1-3min；然后通入C2H2气体，沉积时间1-2min；继续通入C2H2气体和氩气，氩气流量10-30L/min，C2H2流量5-10L/min,沉积时间6-10h，得到DLC涂层。
7.根据权利要求1所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：在S1步骤中，喷砂粗化后模具表面粗糙度Ra为3-5μm。
8.根据权利要求7所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：在S1步骤中，在空气压力0.5-1MPa下，使用白刚玉砂进行喷砂打磨。
9.根据权利要求1所述的一种注塑模具制备DLC涂层的方法，其特征在于：所述模具包括顶针和\或模仁和\或模具滑块。
10.一种注塑模具，其特征在于：在模具表面依次设置有CoNiCrAlY过渡层以及DLC涂层，其制备方式通过如权利要求1-9任一项所述的方法获得。
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