CN1927748A - 成型模具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种成型模具及其制造方法。该成型模具包括一用于成型产品形状之模仁，该模仁具有一基底层及一保护层，该保护层被覆于该基底层上且定义出成型件之形状。该保护层为添加氮化二铬之铱铼系列合金或铱钌系列合金材质。所述之成型模具使用铱铼系列合金或铱钌系列合金材质，降低成型模具的制造成本和修复成本。此外，添加氮化二铬改善保护层之硬度及耐腐蚀性能，增加保护层之寿命。

Description

成型模具及其制造方法
【技术领域】
本发明是关于一种成型模具及制造该成型模具之方法，尤其关于一种模造玻璃之成型模具及制造该模具之方法。
【背景技术】
模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”，它的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。75％的粗加工工业产品零件及50％的精加工零件皆通过模具成型，并且绝大部分塑料制品也通过模具成型。作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。
模具通常在高温高压环境下工作，由于模具成型面与被成型原材料之间的各种物理特性和化学特性等因素，通常情况下模具成型面与被成型原材料之间的接触面会出现很多问题。如：成型材料在高温下加压成型黏着于模具之成型面上，反复冷却脱模对成型面施加较大作用力等。故，对于成型面而言，一方面要求其与被成型材料之间易于分离，即具有良好的离形性；另一方面，要求其在高温下不易与空气中的氧气发生反应。此外，由于模具使用频率高，模具成型面在多次合模/开模过程中，以及与成型产品接触之过程中极易坏损。故，成型面还需要具有高硬度，以抵抗模具合模时的锁模力及高频率作业。
通常，模具成型面会另外镀上一层薄膜镀层，其主要目的有二：一是防止模具底材与被成形材料之间发生黏着现象(即不易脱模)；二则是防止成形时周围气体中的氧气作用而使模具底材性能恶化。好的镀层不仅能增加模具使用寿命，还可强化模具表面质量，并提高产品表面性能。
通常镀层以含有贵重金属材料制成，如：铂铱合金(Pt-Ir)等，该合金虽可提高模具之表面性能，改善成品质量。然，使用该模具镀层不但其成本高昂，且损坏后修复成本亦过高。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种制造成本及修复成本较低的成型模具。
同理，有必要提供一种制造上述成型模具的方法。
一种成型模具，该成型模具包括一用于成型产品形状之模仁，该模仁具有一基底层及一保护层，该保护层被覆于该基底层上且定义出成型件之形状。该保护层为添加氮化二铬之铱铼系列合金或铱钌系列合金材质。
一种成型模具之制造方法，包括以下步骤：将该基底层放入磁控溅射机之腔体中抽真空至10-6托以下；以添加氮化二铬之铱铼系列合金或铱钌系列合金靶作为靶材，在偏压范围0伏～-50伏条件下，溅射形成保护层。
与现有技术相比，所述的成型模具使用铱铼系列合金或铱钌系列合金材质，降低成型模具的制造成本和修复成本。此外，添加氮化二铬改善保护层之硬度及耐腐蚀性能，增加保护层之寿命。
【附图说明】
图1是本发明成型模具之第一实施方式之剖视图。
图2是本发明成型模具之第二实施方式之剖视图。
图3是制造图1中成型模具之方法之示意图。
图4是制造图2中成型模具之方法之示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，其为本发明之一实施方式成型模具100之示意图，该成型模具100用于成型一成型胚料4。成型模具100包括一下模仁1、一上模仁2及一衬套3。下模仁1与上模仁2合模形成玻璃组件之形状，衬套3导向下模仁1与上模仁2之开模/合模运动。
该下模仁1与上模仁2分别具有一基底层10、20及一保护层12、22。该基底层10、20为下模仁1与上模仁2之主要部分，且分别被覆有一保护层12、22。保护层12、22之模造面14、24定义出玻璃组件之轮廓。
该基底层10、20之材质为使用如以碳化钨(WC)为主要成分之硬质合金。该保护层12、22之材质为使用铱铼系列合金(Ir-Re)或铱钌系列合金(Ir-Ru)。实验证明，Ir∶Re或Ir∶Ru成分比例仅在约为4∶1时，保护层12、22同时表现出与成型胚料4之间的良好离形性及与基底层10、20之间的优良附着性。为增加保护层12、22中Ir∶Re或Ir∶Ru成分比例范围，可添加含铬化合物，如氮化二铬(Cr2N)的铱铼合金或铱钌合金，即：Cr2N-Ir-Re，Cr2N-Ir-Ru。添加Cr2N后，Ir∶Re或Ir∶Ru成分比例范围可扩大至1∶4～4∶1，同时其与成型胚料4之间的良好离形性及与基底层10、20之间的优良附着性亦得以维持。添加Cr2N相较于添加CrN而言，由于Cr2N拥有较CrN更高之硬度及更好之耐腐蚀性能，因此Cr2N-Ir-Re或Cr2N-Ir-Ru较CrN-Ir-Re或CrN-Ir-Ru拥有更高之寿命。该保护层12、22之厚度在5纳米～20纳米(nm)范围内选取。
如图2所示，其为发明之另一实施方式，该成型模具200用于成型一成型胚料8。该成型模具200包括一下模仁5、一上模仁6及一衬套7。下模仁5与上模仁6合模形成玻璃组件之形状，衬套7导向下模仁5与上模仁6之开模/合模运动。
该下模仁5与上模仁6分别具有一基底层50、60，一中介层52、62及一保护层54、64。该中介层52、62及该保护层54、64分别顺次被覆于基底层50、60上。该基底层50、60为下模仁5与上模仁6之主要部分，其上之保护层54、64之模造面56、66定义出玻璃组件之轮廓。
该基底层50、60之材质为使用如以WC为主要成分之硬质合金。该中介层52、62之材质为使用金属物质，如铱铼合金(Ir-Re)或铱铼合金(Ir-Ru)，添加其它金属之Ir-Re合金或Ir-Ru合金，如添加镍之Ir-Re合金(Ir-Re-Ni)或Ir-Ru合金(Ir-Re-Ni)等。添加中介层52、62之目的在于增加基底层50、60与保护层54、64之间之附着性。中介层52、62之厚度在50nm～200nm范围内选取。
本实施方式中，该保护层54、64可选用第一实施方式中保护层12、22之材质，其厚度亦可在5nm～20nm范围内选取。
如图3所示，本发明成型模具之第一实施方式之成型模具100可采用以下之制程实现。
首先，步骤101将基底层10、20放入丙酮溶液中以超声波震荡20分钟。然后，进入步骤102，将基底层10、20放入乙醇溶液中以超声波震荡10分钟。步骤102完成后，步骤103以氮气枪喷干基底层10、20。随后，步骤104将基底层10、20放入磁控溅射机之腔体中抽真空至10-6托(torr)以下。向磁控溅射机之腔体内通入氩(Ar)气体使腔体压力达到2～7毫托(mtorr)后，步骤105以100～300伏(V)之偏压利用等离子清洗基底层10、20表面3分钟以上，去除基底层10、20表面发生变化之表层。最后，进行步骤106，在偏压范围0V～-50V条件下，溅射保护层12、22至5nm～20nm之厚度。
经由上述制程处理后，下模仁1与上模仁2之基底层10、20上分别覆盖一保护层12、22。上述工艺中之Ar气体主要利用其化学稳定性，即不易于与周围物质发生反应。故，Ar气体可用其它惰性气体代替，如氦(He)气体等。步骤106中，溅射之靶材根据选定之保护层12、22之材质而相应改变。
如图4所示，本发明成型模具之第二实施方式之成型模具200可采用以下之制程实现。
首先，步骤201将基底层50、60放入丙酮溶液中以超声波震荡20分钟。然后，进入步骤202，将基底层50、60放入乙醇溶液中以超声波震荡10分钟。步骤202完成后，步骤203以氮气枪喷干基底层50、60。随后，步骤204将基底层50、60放入磁控溅射机之腔体中抽真空至10-6torr以下。向磁控溅射机之腔体内通入Ar气体使腔体压力达到2～7mtorr后，步骤205以100～300V之偏压利用等离子清洗基底层50、60表面3分钟以上，去除基底层50、60表面发生变化之表层。之后进行步骤206，溅射中介层52、62至50nm～200nm之厚度。最后，进行步骤207，在偏压范围0V～-50V条件下，溅射保护层54、64至5nm～20nm之厚度。
同样，步骤206及步骤207中，溅射之靶材分别根据选定之中介层52、62及保护层54、64之材质而相应改变。
本发明所采用之保护层在成本上较贵金属(如Pt-Ir合金等)保护层低，同时降低成型模具的制造成本及其修复成本。被覆Cr2N-Ir-Re或Cr2N-Ir-Ru后，成型模具之模仁具有良好的机械强度、热稳定性及抗热冲击性。同时，本发明之成型模具亦具有良好的离形性及与基底层之间的附着性，适宜用于制造对成型件表面要求较高之产品，如制造玻璃组件等尤为适合。

Claims (10)

1.一种成型模具，该成型模具包括一用于成型产品形状之模仁，该模仁具有一基底层及一保护层，该保护层被覆于该基底层上且定义出成型件之形状，其特征在于：该保护层为添加氮化二铬之铱铼系列合金或铱钌系列合金材质。
2.如权利要求1所述之成型模具，其特征在于：该保护层中铱铼或铱钌之成分比为1∶4～4∶1。
3.如权利要求1所述之成型模具，其特征在于：该保护层之厚度为5纳米～20纳米。
4.如权利要求1所述之成型模具，其特征在于：该模仁进一步包括一中介层，该中介层置于该保护层与该基底层之间。
5.如权利要求4所述之成型模具，其特征在于：该中介层为添加镍之铱铼系列合金或铱钌系列合金材质。
6.如权利要求4所述之成型模具，其特征在于：该中介层之厚度为50纳米～200纳米。
7.一种制造如权利要求1所述之成型模具之制造方法，包括以下步骤：
将该基底层放入磁控溅射机之腔体中抽真空至10-6托以下；
以添加氮化二铬之铱铼系列合金或铱钌系列合金靶作为靶材，在偏压范围0伏～-50伏条件下，溅射形成保护层。
8.如权利要求7所述之制造方法，其特征在于：该保护层中铱铼或铱钌之成分比为1∶4～4∶1。
9.如权利要求7所述之制造方法，其特征在于：该保护层之厚度为5纳米～20纳米。
10.如权利要求9所述之制造方法，该方法还包括以下步骤：在偏压范围0伏～-50伏条件下，溅射形成以添加镍之铱铼系列合金或铱钌系列合金为材质的中介层。
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