[发明专利]工作模具及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工作模具及其制造方法，特别是涉及一种具有镀层的工作模具及其制造方法。

背景技术

用以压铸工件材料形成工件初坯的工作模具除了具有适当的模具设计外，工作模具的基材与其表面的镀膜膜层的材料选用皆会对于压铸过程中的工件初坯的表面精度、良率有所影响，更甚者，特别在一些高温（高于600℃）的压铸制程中，工作模具在反复开模/关模的成型过程更需要承受高温/低温变化的热冲击而有可能影响到工作模具压铸表面的精准度与其使用寿命，除此之外，高温环境下，材料间活性亦较高而使得工件材料与工作模具可能产生反应，成型的产品表面质量降低或出现局部沾黏情形，会导致顶出离模时产品破裂。

参阅美国US20090101502A1专利案，该案揭示一种气体侦测组件上的抗热冲击膜层，利用电浆熔射（Plasma spray）方式在基材上形成一层γ-相氧化铝（Gamma Alumina），而能令气体侦测组件可承受500℃以上高温超过60小时，但该案揭示的膜层虽有较佳的耐热冲击表现，却受限于工作模具的镀膜还需有抗沾黏性的功能性质且电浆熔射制程温度较高，因此仍有待改善。

再参阅中国台湾I351442专利案，该案揭示一种模造玻璃模仁及其制造方法，由于模造玻璃需要在高温(大约600℃)及高压(10-30KN)下进行，所以模仁必须耐热冲击性，由此，该案提及其模仁是先以微波电浆化学气相沉积方法(Micro Wave Plasma Chemical Vapor Deposition)，利用甲烷（CH₄）气体在底材上溅镀形成中介层；接着以石墨为溅镀靶材，氮气为溅镀气体于中介层表面镀制含有氮原子之类钻石膜所形成的保护膜，令保护膜能紧密附于底材上且模仁也可用于较高的模造温度，换句话说，该案是借由氮原子于高温下具有较佳的稳定性而用以改善类钻石膜高温下易于石墨化之缺点。

由前述说明可知，用于高温环境压铸的工作模具必须具备低沾黏、耐热冲击的条件以维持产品良率、改善工作模具使用寿命，进一步地降低整体压铸制程的成本，而此也是本技术领域者持续研究开发的方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热冲击、低沾黏、高硬度且耐高温腐蚀的工作模具。

此外，本发明的另一目的，即在提供一种可良好控制镀膜组成比例而制造耐热冲击、机械性质佳的工作模具的制造方法。

本发明工作模具，用以塑形一个工件材料形成一个工件初坯，包含一个基材及一层镀膜。

该基材具有一个靠近工件材料的表面，而该镀膜结合于该基材的表面，且包括一层功能镀层，该功能镀层的组成材料含有钽（Ta）-钛（Ti）-氮（N）化合物。

本发明所述工作模具中，该功能镀层的组成材料还含有选自氢、氧、碳、氟及此等所成的群组。

本发明所述工作模具中，该功能镀层的组成材料进一步还含有选自锆、铪、硅、铝、硼、钨及此等所成的群组。

本发明所述工作模具中，该镀膜还包括一层与该基材的表面连接且由钛及/或铬所构成的缓冲膜层，而该功能镀层则形成于该缓冲膜层上。

本发明所述工作模具中，以该功能镀层整体重量为100wt%计算，该功能镀层具有15～25wt%的钽、25～50wt%的钛、5～15wt%的氮、5～15wt%的氢及4～10wt%的碳。

本发明所述工作模具中，以该功能镀层整体重量为100wt%计算，该功能镀层具有10～25wt%的钽、25～50wt%的钛、5～15wt%的氮、5～15wt%的氢、3～10wt%的碳及10～25wt%的锆。

另外，本发明工作模具的制造方法包含下列步骤：(A)将一个基材设置于一个物理气相沉积系统中；(B)将一个组合式靶材设置于该物理气相沉积系统中的预定位置，该组合式靶材包括多个交错且依序排列的材料单元，每一个材料单元至少具有预定原子比例的固态钽金属及钛金属；(C)于该物理气相沉积系统中通入包括氮气的反应气体；(D)启动该组合式靶材而与该反应气体配合进行反应性的物理气相沉积，并于该基材表面形成一层含有钽-钛-氮化合物的功能镀层的镀膜。

本发明所述工作模具的制造方法中，该步骤(C)中所通入的反应气体还包括选自于气态碳氢化合物、氧气、氢气、氟化碳气体及此等气体之组合。

本发明所述工作模具的制造方法中，该步骤(C)中所通入的反应气体包括氮气与乙烷，且组成分压比分别是：氮气20～50%，乙烷25～50%。