专利名称：一种具有多层镀膜的模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模具，特别涉及一种具有多层镀膜的模具。
背景技术：
模造技术的核心在于模具的制作。模造过程中，模具通常需要承受较大的模压力，因而制造模具时需要考虑下列几点(1)良好的离型性，以避免与产品发生反应、粘附现象；(2)足够的硬度及机械强度，以承受模造过程中的冲击力；(3)耐磨性，以利成型产品及避免表面刮伤。为使模具达到上述要求，通常需在模具表面进行镀膜，因此镀膜技术不仅为模具制作的关键技术，更为影响模造产品良率高低的关键。
为得到品质更为优良的模造产品，业界在模具的镀膜技术上做出了很多努力，如现有技术揭示了一种模压玻璃产品的模具，该模具的模压面上覆盖有超硬薄膜，该超硬薄膜由非晶碳及分布于其中的金刚石碳微粒组成，且金刚石微粒的粒径为纳米级。该模具模压成型过程中，易于脱模、机械强度高、硬度好。但是，该模具的表面光滑性、耐磨性尚需进一步提高。
因此，有必要提供一种表面光滑度佳、耐磨性更好的镀膜模具。
发明内容以下将以实施例说明一种具有多层镀膜的模具。
一种具有多层镀膜的模具，其包括一基底，该基底上依次形成有一过渡层，一含氮类金刚石碳层，一含氮、氢类金刚石碳层以及一含氢类金刚石碳层。
本实施例的具有多层镀膜的模具，其优点在于该多层镀膜中包含的类金刚石碳膜层，可提供高硬度、低摩擦、耐腐蚀等性能；其中，含氮类金刚石碳膜层可提供优良的附着性，使得各膜层紧密结合；最外层膜层选用含氢类金刚石碳材质，更进一步降低表面摩擦系数，提高表面光滑性，且可增强模具的离型性。
图1是本实施例具有多层镀膜的模具的结构示意图。
图2是本实施例于基底上形成多层镀膜的装置图。
具体实施方式下面将结合附图及实施例对上述具有多层镀膜的模具作进一步详细说明。
如图1所示，一种具有多层镀膜的模具100，其包括一基底10以及依次形成于该基底10上的一第一膜层11、一第二膜层12、一第三膜层13、一第四膜层14及一第五膜层15。该基底10的材质为不锈钢，如铁铬碳合金、铁铬钼碳合金、铁铬钒钼碳合金或铁铬钒硅钼碳合金等。
该第一膜层11为一纳米级粘结层，其材质可选自铬、钛或钛化铬，其厚度范围为1～20纳米，最好为4～10纳米。
该第二膜层12为一纳米级中间层，其材质可选自氮化铬、氮化钛或氮化钛铬，其厚度范围1～50纳米，最好为4～30纳米。
该第一膜层11与第二膜层12为两层过渡层，其目的在于使后续形成的类金刚石碳膜层与基底10之间更好结合。基底10为不锈钢材质，后续形成的类金刚石碳膜层与钢基底10之间存在有非类金刚石碳结构的碳相，如其界面处存在石墨或碳黑，基底10与类金刚石碳膜层结合力会比较差，因此，通常需要在基底10与类金刚石碳膜层之间设置一过渡层来改善其界面的结合力，过渡层可为单层或多层，本实施例中，过渡层为两层即第一膜层11与第二膜层12。
第三膜层13为一含氮类金刚石碳(a-C:N)层，第四膜层14为一含氮、氢类金刚石碳(a-C:NH)层，第五膜层15为一含氢类金刚石碳(a-C:H)层。第三、四、五膜层的厚度范围均为1～50纳米，且该三膜层厚度均优选为10～30纳米。
通常情况下，在模具上形成普通类金刚石碳(a-C)膜层，可使模具表面硬度提高、摩擦系数降低、耐腐蚀性增强等。而在普通类金刚石碳膜层中添加氮、氢元素后，可大大改善其机械性能，如含氮类金刚石碳膜层具有优良的附着性，含氢类金刚石碳膜层具有较低的表面摩擦系数，而含氮、氢类金刚石碳膜层为一内应力较小的膜层。
本实施例中，第三膜层13采用含氮类金刚石碳膜层，可使该膜层与第二膜层12以及后续的第四膜层14紧密结合。第四膜层14采用含氮、氢类金刚石碳膜层，其为一内应力较低的类金刚石碳膜层。最外层膜层即第五膜层15，选用含氢类金刚石碳材质，可更进一步降低模具100表面摩擦系数，提高表面光滑性，且可增强模具的离型性。该三层类金刚石碳膜层通过两层过渡层，即第一、二膜层与基底10紧密结合，且其各具优良的机械性能，赋予模具100表面优异的综合性能，如高硬度、低摩擦、耐腐蚀、离型性佳等。
结合图2，提供一溅镀装置4，该溅镀装置4具有一真空密封腔室40，腔室40内具有一底座44，其可自由旋转，一基底10设置于该底座44上，其可随底座44一起旋转，也可自转。腔室40内与该底座44相对的位置设置有一可旋转的固定装置410，其上固定有一靶41a，一靶41b以及一靶41c。靶41a的材质可选自铬、钛或钛化铬，靶41b的材质可选自氮化铬、氮化钛或氮化钛铬，靶41c为石墨。
射频电源45a、45b、45c的负极分别与靶41a、靶41b、靶41c连接，射频电源45a、45b、45c的正极均连接基底10。射频电源45a、45b、45c的工作频率均为13.56百万赫兹。一偏置电源46设置于底座44的两端，于底座44上施加一负偏压，以加速正离子向基底10的沉积速度。偏置电源46可为直流或交流电源，本实施例中采用交流电源，其频率为20～800千赫，优选为40～400千赫，其电压为-100～-30伏，优选为-60～-40伏。
由于溅镀时，腔室40内需充有工作气体，工作气体通常为不与靶材、基底10以及后续形成的镀膜发生反应的惰性气体，该惰性气体可选用氩、氪、氙或氡，这里选用氩气。当然，根据待镀膜层的需要，工作气体可为上述惰性气体与其它气体的混合气体，为此，该腔室40设置有一抽气口47，一氮气输入口48，一氢气输入口49以及一氩气输入口50。
制作具有多层镀膜的模具100包括以下步骤第一步，于基底10上形成第一膜层11。首先，从抽气口47将腔室40抽为真空后，从氩气输入口50向腔室40内充入氩气，开启射频电源45a，射频电源45b、45c均处于关闭状态，旋转固定装置410或底座44，使靶41a处于与基底10垂直相对的位置，于靶41a与作为阳极的底座44之间发生辉光放电，由于氩气分子于射频电源45a作用下会被离子化为带正电荷的氩离子，在电场作用下，氩离子向负极即靶41a方向加速运动，并不断撞击靶41a的表面，氩离子的动能转移至靶材原子，当靶材原子获得足够动能后，便脱离靶41a的表面而沉积于基底10上形成第一膜层11。
该溅镀过程中，基底10可进行自转，以便于基底10表面溅镀上比较均匀的第一膜层11。控制溅镀时间，使沉积于基底10上的第一膜层11厚度为1～20纳米，优选为4～10纳米。
第二步，于第一膜层11上形成第二膜层12。与形成第一膜层11原理类似，同样使用溅镀机4，开启射频电源45b，射频电源45a、45c均处于关闭状态，旋转固定装置410或底座44，使靶41b处于与基底10垂直相对的位置，于靶41b与作为阳极的底座44之间发生辉光放电，从而于第一膜层11上形成第二膜层12。
该溅镀过程中，基底10可进行自转，以便于第一膜层11表面溅镀上比较均匀的第二膜层12。控制溅镀时间，使沉积于第一膜层11上的第二膜层12厚度为1～50纳米，优选为4～30纳米。
第三步，于第二膜层12上形成第三膜层13。与形成第一膜层11原理类似，同样使用溅镀机4，不同之处为保持腔室40的压力条件下，从氮气输入口48向腔室40中输入氮气，并从抽气口47将腔室40中部分氩气抽出，使得最终氮气与氩气的混合气体满足条件氮气于混合气体中的体积比为2～40％，优选为5～20％。
开启射频电源45c，射频电源45a、45b均处于关闭状态，旋转固定装置410或底座44，使靶41c处于与基底10垂直相对的位置，于靶41c与作为阳极的底座44之间发生辉光放电，从而于第二膜层12上形成含氮类金刚石碳薄膜，即第三膜层13。
该溅镀过程中，基底10可进行自转，以便于第二膜层12表面溅镀上比较均匀的第三膜层13。控制溅镀时间，使第三膜层13厚度为1～50纳米，优选为10～30纳米。
第四步，于第三膜层13上形成第四膜层14。与形成第三膜层13原理类似，同样使用溅镀机4，不同之处为保持腔室40的压力条件下，从氢气输入口49向腔室40中输入氢气，并从抽气口47将腔室40中部分氩气与氮气的混合气体抽出，使得最终氮气、氢气以及氩气的混合气体满足条件氮气和氢气在混合气体中的体积比分别为2～10％，优选为5～15％。
射频电源45c处于开启状态，射频电源45a、45b均处于关闭状态，即，以靶41c作为阴极，且靶41c处于与基底10垂直相对的位置，于靶41c与底座44之间进行辉光放电，从而于第三膜层13上形成含氮氢类金刚石碳薄膜，即第四膜层14。
该溅镀过程中，基底10可进行自转，以便于第三膜层13表面溅镀上比较均匀的第四膜层14。控制溅镀时间，使第四膜层14厚度为1～50纳米，优选为10～30纳米。
第五步，于第四膜层14上形成第五膜层15。与形成第三膜层13原理类似，同样使用溅镀机4，不同之处为保持腔室40的压力不变，从抽气口47向腔室40中氮气、氢气以及氩气的混合气体抽出，同时，从氢气输入口49、氩气输入口50向腔室40中输入一定比例的氢气、氩气的混合气体，最终腔室40中氢气和氩气的混合气体满足条件氢气在混合气体中的体积比为5～20％。
射频电源45c处于开启状态，射频电源45a、45b均处于关闭状态，即，以靶41c作为阴极，且靶41c处于与基底10垂直相对的位置，于靶41c与底座44之间进行辉光放电，从而于第四膜层14上形成含氢类金刚石碳薄膜，即第五膜层15。
该溅镀过程中，基底10可进行自转，以便于第四膜层14表面溅镀上比较均匀的第五膜层15。控制溅镀时间，使第五膜层15厚度为1～50纳米，优选为10～30纳米。
上述第四步及第五步中，氢气可用甲烷、乙烷或其它可产生氢原子的含氢气体替代。
经过上述制程，最终得到基底10上形成有第一膜层11、第二膜层12、第三膜层13、第四膜层14以及第五膜层15的模具100。
本实施例得到的具有多层镀膜的模具100，其优点在于该多层镀膜中包含的类金刚石碳膜层，可提供高硬度、低摩擦、耐腐蚀等性能；其中，含氮类金刚石碳膜层可提供优良的附着性，使得各膜层紧密结合；最外层膜层选用含氢类金刚石碳材质，更进一步降低表面摩擦系数，提高表面光滑性，且可增强模具的离型性。
权利要求
1.一种具有多层镀膜的模具，其包括一基底，该基底上依次设置有一过渡层，一含氮类金刚石碳层，一含氮、氢类金刚石碳层以及一含氢类金刚石碳层。
2.如权利要求1所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述基底的材质为铁铬碳合金、铁铬钼碳合金、铁铬钒钼碳合金或铁铬钒硅钼碳合金。
3.如权利要求1所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述过渡层包括一粘结层及一中间层。
4.如权利要求3所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述粘结层的材质为铬、钛或钛化铬。
5.如权利要求3所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述粘结层的厚度为1～20纳米。
6.如权利要求3所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述中间层的材质为氮化铬、氮化钛或氮化钛铬。
7.如权利要求3所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述中间层的厚度为1～50纳米。
8.如权利要求1所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述含氮类金刚石碳层，含氮、氢类金刚石碳层以及含氢类金刚石碳层的厚度范围均为1～50纳米。
9.如权利要求8所述的具有多层镀膜的模具，其特征在于，所述含氮类金刚石碳层，含氮、氢类金刚石碳层以及含氢类金刚石碳层的厚度范围均为10～30纳米。
全文摘要
本发明涉及一种具有多层镀膜的模具，其包括一基底及形成于该基底上的多层镀膜，该多层镀膜包括一过渡层，一含氮类金刚石碳层，一含氮、氢类金刚石碳层以及一含氢类金刚石碳层，且该四层膜依次形成于该基底上。本发明具有多层镀膜的模具，其多层镀膜中包含有多种类金刚石碳膜层，从而可提供优良的机械性能如高硬度、低摩擦、耐腐蚀等。
文档编号C03B11/00GK1966429SQ20051010156
公开日2007年5月23日 申请日期2005年11月18日 优先权日2005年11月18日
发明者陈杰良 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司