專利名稱：一種具有類金剛石碳復(fù)合層的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模具，尤其是關(guān)于一種采用類金剛石碳為復(fù)合層的模具。
背景技術(shù)：
模具基材是模具工業(yè)的基礎(chǔ)，然而，僅傳統(tǒng)的模具基材一般難以滿足模具較高綜合性能的要求，因此往往需采用表面處理技術(shù)在模具的表面鍍上一些其它材料，增強(qiáng)模具的表面性能，以在一定程度上彌補(bǔ)模具基材的不足。
近年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的推動(dòng)下，表面技術(shù)中出現(xiàn)了一種類金剛石碳鍍層。類金剛石碳是在其結(jié)構(gòu)中混合了SP2石墨平面鍵與SP3四面體金剛石共價(jià)鍵的非晶態(tài)碳。類金剛石碳中的SP2鍵的石墨組織，層與層的間以微弱的范德華鍵結(jié)合，導(dǎo)致層與層間極易滑動(dòng)，可使類金剛石碳鍍層具有低摩擦系數(shù)與潤(rùn)滑等效果；類金剛石碳中的SP3四面體共價(jià)鍵的金剛石組織，其以強(qiáng)而有力的共價(jià)鍵形成三維空間緊密堆積且堅(jiān)硬的晶格構(gòu)造，可使類金剛石碳鍍層具有高硬度與高散熱性等效果。
由于類金剛石碳的良好鍍層性能，在模具生產(chǎn)中，已漸漸開始應(yīng)用。然而，現(xiàn)有技術(shù)常為采用單層純類金剛石碳鍍層來(lái)增強(qiáng)模具性能，而純類金剛石碳層通常具有較高的內(nèi)應(yīng)力，其會(huì)造成鍍層與模具基材的結(jié)合力不高，進(jìn)而影響產(chǎn)品加工質(zhì)量及導(dǎo)致模具使用壽命縮短。
因此，有必要提供一種類金剛石碳復(fù)合層與基材有較高結(jié)合力的模具。

發(fā)明內(nèi)容以下將以實(shí)施例提供一種具有類金剛石碳復(fù)合層的模具。
所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，包括基材，及依次形成在基材上的第一層至第N+1層類金剛石碳復(fù)合層，其中，該N值為2～30；第一層至第N層為含有填充物的類金剛石碳層，該填充物摩爾百分含量漸進(jìn)遞減，且該填充物為金屬或金屬氮化物；第N+1層為純類金剛石碳層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其類金剛石碳復(fù)合層中，在第一層至第N層添加有金屬或金屬氮化物的填充物，且該填充物摩爾百分含量漸進(jìn)遞減。填充物可降低純類金剛石碳層中的內(nèi)應(yīng)力，繼而提高鍍層的結(jié)合力；該填充物的摩爾百分含量漸進(jìn)遞減，還可避免層與層之間成分急遽變化產(chǎn)生對(duì)鍍層結(jié)合的不利影響，而進(jìn)一步提高其結(jié)合力。因此，上述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其具有類金剛石碳復(fù)合層與基材有較高結(jié)合力的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的具有類金剛石碳復(fù)合層的模具示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例包括金屬中間層的具有類金剛石碳復(fù)合層的模具示意圖。
具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)具有類金剛石碳復(fù)合層的模具作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參見圖1，其是本發(fā)明實(shí)施例的具有類金剛石碳復(fù)合層的模具示意圖。
其包括基材100，及形成在基材100上的類金剛石碳復(fù)合層200，其中，該類金剛石碳復(fù)合層200從模具基材100到模具外表面400依次包括第一層11至第N+1層18，其第一層11至第N層17為含有填充物300的類金剛石碳層，該填充物300摩爾百分含量漸進(jìn)遞減，且該填充物300為金屬或金屬氮化物；第N+1層18為純類金剛石碳層；該N值為2～30。
該漸進(jìn)遞減的方式可為從第一層11開始到第N層17為止填充物300的摩爾百分含量逐層減少；優(yōu)選為等差梯度遞減方式，例如記第m層為第一層11至第N層17中的任意一層，m為1～N，第m層的填充物300摩爾百分含量為(N-m+1)×x，其中x值為0.2％～1％。
該漸進(jìn)遞減的方式減少填充物300的摩爾百分含量，可避免層與層之間成分急遽變化而對(duì)鍍層之間成分相互滲透結(jié)合不利，進(jìn)而提高復(fù)合層200與模具基材100的結(jié)合力。
該填充物300為韌性較好的金屬、金屬氮化物或金屬合金，例如鉻、鈦、鋯、氮化鉻、氮化鈦、氮化鋯及鉻鈦等。
該填充物300可降低鍍層內(nèi)應(yīng)力，繼而提高其結(jié)合力；且除增加鍍層的結(jié)合力外，有些填充物300進(jìn)一步還可增強(qiáng)鍍層其它特殊性能，例如鈦與氮化鈦，還可進(jìn)一步增強(qiáng)鍍層的耐腐蝕性、抗磨損性等。
該第N+1層18為純類金剛石碳層，由于類金剛石碳中同時(shí)具有SP2石墨平面鍵與SP3四面體金剛石共價(jià)鍵，不同的鍵組成會(huì)使類金剛石碳呈現(xiàn)各種優(yōu)良性能，因此通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)類金剛石碳的結(jié)構(gòu)組成，純類金剛石碳鍍層易于獲得高抗磨損性、低摩擦系數(shù)、高耐腐蝕性、高散熱性等性能。
該第一層11至第N層17的每一層厚度可為1～30納米；該第N+1層18厚度可為1～10納米；該類金剛石碳復(fù)合層總厚度可為6～910納米。
該模具基材100為具有較大強(qiáng)度的材質(zhì)，其可為鐵-碳-鉻合金、鐵-碳-鉻-鉬合金、鐵-碳-鉻-釩-鉬合金或鐵-碳-鉻-釩-硅-鉬合金。
進(jìn)一步，請(qǐng)參見圖2，該具有類金剛石碳復(fù)合層的模具進(jìn)一步包括一金屬中間層10，其位于模具基材100及第一層11之間。金屬中間層可同時(shí)具有與模具基材100及類金剛石碳鍍層較高的結(jié)合力，因此其可進(jìn)一步提高類金剛石碳層與模具基材100的結(jié)合力。該金屬中間層材質(zhì)可為鈦、鉻等。
所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具的制備過(guò)程包括如下步驟將待鍍模具基材100放入射頻濺鍍機(jī)中；放入碳及填充物靶材，通入惰性氣體混合物，依次鍍上包含有填充物300的第一層11至第N層17的類金剛石碳層，且其中填充物300的摩爾百分含量漸進(jìn)遞減；取出填充物靶材，繼續(xù)鍍上第N+1層18純類金剛石碳層，得到具有類金剛石碳復(fù)合層與基材有有較高結(jié)合力的模具。
該惰性氣體混合物可為氬氣-氫氣混合氣體、氬氣-甲烷混合氣體、氬氣-乙烷混合氣體、氪氣-氫氣混合氣體、氪氣-甲烷混合氣體或氪氣-乙烷混合氣體，且混合氣體中，氬氣或氪氣的體積百分含量可為80％～95％。
該射頻濺鍍機(jī)可為射頻二極式濺鍍機(jī)或射頻磁電式濺鍍機(jī)；且射頻濺鍍時(shí)，其使用頻率可為13.56MHz(百萬(wàn)赫茲)。
進(jìn)一步，為使該模具基材100與類金剛石碳層結(jié)合力更強(qiáng)，在模具基材100放入射頻濺鍍機(jī)前，可先將模具基材100的與類金剛石碳層結(jié)合的表面處理光滑，具體是使其表面輪廓算術(shù)平均偏差Ra小于等于10納米。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其類金剛石碳復(fù)合層200中，在第一層11至第N層17添加有金屬或金屬氮化物的填充物300，且該填充物300摩爾百分含量漸進(jìn)遞減。填充物300可降低純類金剛石碳層中的內(nèi)應(yīng)力，繼而提高鍍層的結(jié)合力；及該填充物300的摩爾百分含量漸進(jìn)遞減，還可避免層與層之間成分急遽變化產(chǎn)生對(duì)鍍層結(jié)合的不利影響，而進(jìn)一步提高其結(jié)合力。因此，上述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其具有類金剛石碳復(fù)合層與基材有較高結(jié)合力的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，包括基材，及形成在基材上的類金剛石碳復(fù)合層，其特征在于，該類金剛石碳復(fù)合層從基材到外表面依次包括第一層至第N+1層，其第一層至第N層為含有填充物的類金剛石碳層，且各層的填充物摩爾百分含量漸進(jìn)遞減，該填充物為金屬或金屬氮化物；第N+1層為純類金剛石碳層；該N值為2～30。
2.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該第一層至第N層的任意一層第m層的填充物摩爾百分含量的通式為(N-m+1)×x，其中m取值為1～N，該x值為0.2％～1％。
3.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該N值為5～30。
4.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該填充物為鉻、鈦、鋯、氮化鉻、氮化鈦、氮化鋯及鉻鈦的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該第一層至第N層的每一層厚度為1～30納米。
6.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該第N+1層厚度為1～10納米。
7.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該類金剛石碳復(fù)合層總厚度為6～910納米。
8.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該基材為鐵-碳-鉻合金、鐵-碳-鉻-鉬合金、鐵-碳-鉻-釩-鉬合金或鐵-碳-鉻-釩-硅-鉬合金。
9.如權(quán)利要求1所述具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其特征在于，該類金剛石碳復(fù)合層進(jìn)一步包括一金屬中間層，其位于該模具基材及第一層之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，包括基材，及依次形成在基材上的第一層至第N+1層類金剛石碳復(fù)合層，其中，該N值為2～30；第一層至第N層為含有填充物的類金剛石碳層，該填充物摩爾百分含量漸進(jìn)遞減，且該填充物為金屬或金屬氮化物；第N+1層為純類金剛石碳層。該具有類金剛石碳復(fù)合層的模具，其類金剛石碳復(fù)合層與基材有較高的結(jié)合力。
文檔編號(hào)B32B5/14GK1966263SQ2005101015
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者陳杰良 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司