[發明專利]一種表面類金剛石復合涂層的塑料瓶蓋模具

在審

• 申請號: 201710828118.7
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107587115A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 施舒揚;郭亮
• 申請（專利權）人: 上海紫日包裝有限公司
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/02;B29C33/38
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司31203
• 代理人: 陸林輝

技術領域

本發明涉及金屬模具表面處理領域，具體地說，是一種表面類金剛石復合涂層的塑料瓶蓋模具。

背景技術

模具工作的條件非常苛刻，比如超高速、高應力、高附著等等都會造成模具表面的過早損傷。所以應用開發先進、無污染、零排放的表面技術是企業面臨急需解決的難題。目前制造瓶蓋的模具材料主要是鈹銅和超級耐腐蝕粉末鋼M390。由于瓶蓋的數量需求大，所以對瓶蓋模具的壽命和可靠性具有非常高的要求。當前瓶蓋模具主要存在以下問題：(1)模具壽命不足，磨損嚴重；(2)模具本身的重金屬元素會污染瓶蓋，進而污染瓶中飲料；(3)模具表面的導熱性隨著磨損會降低；(4)瓶蓋模具表面與塑料具有很強的親和性，影響脫模效果，造成廢品率高。一般瓶蓋塑料在塑化狀態對模具具有很強的粘附性，在凸模從瓶蓋中拔出時如果粘附過強，輕則影響脫模效率，嚴重的還會拉傷瓶蓋，形成廢品。

物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)，是利用物理方法在高真空條件下，在模具或者工具表面沉積一層超薄、高硬、納微米薄膜，顯著提高模具表面的耐磨性、防粘附性、抗腐蝕性。該技術可以根據需要沉積不同成分的薄膜類型，隨意控制薄膜涂層的成分。同時由于制備的薄膜涂層非常致密，表面摩擦系數也極低，能夠完全隔絕模具中重金屬對瓶蓋的污染并防止塑料對模具的粘附。如果模具的性能提高，可以進一步降低瓶蓋成型周期，減薄瓶蓋的厚度，歸根結底節省了能源、保護了環境、提高了食品安全性和減少了碳排放。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種解決目前瓶蓋模具在使用過程中壽命不足、污染瓶蓋、導熱性差及脫模困難的技術方案，通過在瓶蓋模具表面制備Ti/DLC、Cr/DLC、CrN/DLC納微米多層涂層，提高模具的耐蝕性、耐磨性及抗粘附性，提高模具的使用壽命，減少模具金屬的污染。

本發明的第一方面，提供一種塑料瓶蓋模具表面類金剛石(DLC)復合涂層的制備方法，所述的復合涂層為雙層結構，采用Ti、Cr或CrN為過渡層，類金剛石為表面涂層，所述的復合涂層的制備方法包括以下步驟：

A、模具表面處理：先將模具基體置于無水酒精中進行人工清洗，去除表面難以移除的粘附物，再對模具基體表面進行丙酮超聲波清洗，進一步去除表面的油污及雜質，清洗時間為30min，待清洗完畢，烘干后取出；

B、過渡層制備：將烘干后的模具基體裝夾并送入陰極電弧沉積設備中，將爐腔抽真空至0.006mbar，基體加熱至200℃；

a.鈹銅為基體材料，制備Ti過渡層時，Ar氣流量為180～200sccm，Ti靶材通電，電流為100～120A，基體偏壓為400～450V，沉積時間為20～30min；

b.耐腐蝕鋼為基體材料，制備Cr過渡層時，Ar氣流量為200～220sccm，Cr靶材通電，電流為120～140A，基體偏壓為400～430V，沉積時間為25～35min；

c.耐腐蝕鋼為基體材料，制備CrN過渡層時，Ar氣流量為200～220sccm，N₂氣體流量為150～180sccm，Cr靶材通電，電流為130～150A，基體偏壓為200～240V，沉積時間為15～20min；

C、類金剛石表面涂層制備：待過渡層制備結束后，關閉氣體閥門，靶材停止通電，基體偏壓為650～750V，同時向爐腔中通入C₂H₂，C₂H₂流量隨沉積時間的增加而梯度升高，第一階段C₂H₂流量為40～60sccm，沉積時間為5～10min，第二階段C₂H₂流量為80～100sccm，沉積時間為15～20min，第三階段C₂H₂流量為120～140sccm，沉積時間為50～55min。

優選的，所述的步驟B的陰極電弧沉積設備中安裝有高純度矩形Ti(純度99.99％)靶材及矩形Cr(純度99.99％)靶材。

優選的，所述的步驟C中類金剛石表面涂層制備完成后，待基體溫度冷卻到80℃出爐。