[發明專利]工作模具及其制造方法

有效

• 申請號: 201210575702.3
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103898443A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 黃家宏;朱繼文;楊國源;楊景富
• 申請（專利權）人: 財團法人金屬工業研究發展中心
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/00;B22D17/22
• 代理公司: 北京泰吉知識產權代理有限公司 11355
• 代理人: 張雅軍

技術領域

本發明涉及一種工作模具及其制造方法，特別是涉及一種具有鍍層的工作模具及其制造方法。

背景技術

用以壓鑄工件材料形成工件初坯的工作模具除了具有適當的模具設計外，工作模具的基材與其表面的鍍膜膜層的材料選用皆會對于壓鑄過程中的工件初坯的表面精度、良率有所影響，更甚者，特別在一些高溫（高于600℃）的壓鑄制程中，工作模具在反復開模/關模的成型過程更需要承受高溫/低溫變化的熱沖擊而有可能影響到工作模具壓鑄表面的精準度與其使用壽命，除此之外，高溫環境下，材料間活性亦較高而使得工件材料與工作模具可能產生反應，成型的產品表面質量降低或出現局部沾黏情形，會導致頂出離模時產品破裂。

參閱美國US20090101502A1專利案，該案揭示一種氣體偵測組件上的抗熱沖擊膜層，利用電漿熔射（Plasma?spray）方式在基材上形成一層γ-相氧化鋁（Gamma?Alumina），而能令氣體偵測組件可承受500℃以上高溫超過60小時，但該案揭示的膜層雖有較佳的耐熱沖擊表現，卻受限于工作模具的鍍膜還需有抗沾黏性的功能性質且電漿熔射制程溫度較高，因此仍有待改善。

再參閱中國臺灣I351442專利案，該案揭示一種模造玻璃模仁及其制造方法，由于模造玻璃需要在高溫(大約600℃)及高壓(10-30KN)下進行，所以模仁必須耐熱沖擊性，由此，該案提及其模仁是先以微波電漿化學氣相沉積方法(Micro?Wave?Plasma?Chemical?Vapor?Deposition)，利用甲烷（CH₄）氣體在底材上濺鍍形成中介層；接著以石墨為濺鍍靶材，氮氣為濺鍍氣體于中介層表面鍍制含有氮原子之類鉆石膜所形成的保護膜，令保護膜能緊密附于底材上且模仁也可用于較高的模造溫度，換句話說，該案是借由氮原子于高溫下具有較佳的穩定性而用以改善類鉆石膜高溫下易于石墨化之缺點。

由前述說明可知，用于高溫環境壓鑄的工作模具必須具備低沾黏、耐熱沖擊的條件以維持產品良率、改善工作模具使用壽命，進一步地降低整體壓鑄制程的成本，而此也是本技術領域者持續研究開發的方向之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐熱沖擊、低沾黏、高硬度且耐高溫腐蝕的工作模具。

此外，本發明的另一目的，即在提供一種可良好控制鍍膜組成比例而制造耐熱沖擊、機械性質佳的工作模具的制造方法。

本發明工作模具，用以塑形一個工件材料形成一個工件初坯，包含一個基材及一層鍍膜。

該基材具有一個靠近工件材料的表面，而該鍍膜結合于該基材的表面，且包括一層功能鍍層，該功能鍍層的組成材料含有鉭（Ta）-鈦（Ti）-氮（N）化合物。

本發明所述工作模具中，該功能鍍層的組成材料還含有選自氫、氧、碳、氟及此等所成的群組。

本發明所述工作模具中，該功能鍍層的組成材料進一步還含有選自鋯、鉿、硅、鋁、硼、鎢及此等所成的群組。

本發明所述工作模具中，該鍍膜還包括一層與該基材的表面連接且由鈦及/或鉻所構成的緩沖膜層，而該功能鍍層則形成于該緩沖膜層上。

本發明所述工作模具中，以該功能鍍層整體重量為100wt%計算，該功能鍍層具有15～25wt%的鉭、25～50wt%的鈦、5～15wt%的氮、5～15wt%的氫及4～10wt%的碳。

本發明所述工作模具中，以該功能鍍層整體重量為100wt%計算，該功能鍍層具有10～25wt%的鉭、25～50wt%的鈦、5～15wt%的氮、5～15wt%的氫、3～10wt%的碳及10～25wt%的鋯。

另外，本發明工作模具的制造方法包含下列步驟：(A)將一個基材設置于一個物理氣相沉積系統中；(B)將一個組合式靶材設置于該物理氣相沉積系統中的預定位置，該組合式靶材包括多個交錯且依序排列的材料單元，每一個材料單元至少具有預定原子比例的固態鉭金屬及鈦金屬；(C)于該物理氣相沉積系統中通入包括氮氣的反應氣體；(D)啟動該組合式靶材而與該反應氣體配合進行反應性的物理氣相沉積，并于該基材表面形成一層含有鉭-鈦-氮化合物的功能鍍層的鍍膜。

本發明所述工作模具的制造方法中，該步驟(C)中所通入的反應氣體還包括選自于氣態碳氫化合物、氧氣、氫氣、氟化碳氣體及此等氣體之組合。

本發明所述工作模具的制造方法中，該步驟(C)中所通入的反應氣體包括氮氣與乙烷，且組成分壓比分別是：氮氣20～50%，乙烷25～50%。