[发明专利]用于注塑模具的防粘附硬质涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于注塑模具的防粘附硬质涂层及其制备方法，其在模具内腔表面沉积一层由包括硬质金属/硬质陶瓷相/碳材料三者构成的复合涂层，并对该涂层实施低表面能的表面改性与结构设计，从而在不使用脱模剂、省略涂刷/喷涂脱模剂工序的情况下，解决注塑热坯料容易粘附以及表面耐磨的问题。该用于注塑模具的防粘附硬质涂层及其制备方法紧密结合金属表面涂层制备技术、等离子体改性技术等领域，通过构建异质复合的涂层结构，以及对涂层外表面的进一步改性，形成了一种注塑模具表面防止热坯料粘附的硬质复合涂层，该复合涂层可以使注塑模具表面拥有高耐磨性的同时获得良好的防粘附性能。

技术领域

本发明涉及一种用于注塑模具的防粘附硬质涂层及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在工业生产、生活等各领域的推广应用，塑料制品的生产对注塑模具的要求也越来越严格。目前注塑模具的使用寿命往往较短，特别是模具表面的尺寸精度和表面粗糙度破坏较快。导致破坏的一个重要原因是热坯料和模具表面的接触会产生非常强的粘附现象从而导致高摩擦力，造成模具内腔表面发生破坏。此外，坯料在模具内腔表面的粘附将导致模具再次使用时生产的产品出现缺陷。

使用脱模剂可以减小注塑件表面和模具内腔表面间的粘附力，防止两者相互粘连，从而提高塑件的表面质量。脱模剂的防粘附效果受化学作用和物理条件的双重影响，由于成型坯料和成型条件各不相同，脱模剂的选定和用量必须根据具体情况来确定。如果使用不当，往往不能产生良好的防粘附效果。脂肪油类脱模剂的有效工作温度一般不宜超过150℃，注塑温度高时不能使用；硅油和金属皂类脱模剂的工作温度一般在150～250℃；聚四氟乙烯类脱模剂的工作温度可达到260℃以上，其工作温度的区间大，特别在高温条件下是防粘附效果最好的脱模剂。

从热力学角度分析，热坯料在模具表面发生粘附的本质原因是模具材料的表面能过高所致。使用脱模剂防粘附的原理也正是在模具和热坯料之间形成一层低表面能的薄层，使热坯料与模具两者不相亲，从而抑制粘附。聚四氟乙烯类脱模剂防粘附效果好的原因除了其热稳定性高之外，更为主要的是其分子结构中拥有大量的-CF₃基团，该基团的表面能低至仅6.7mJ/m²。如若使用脱模剂来防粘附，需要在注塑生产过程中增加了一道涂刷或喷涂脱模剂的工序，造成人力成本和经济成本提高。

此外，根据杨氏方程的理论，在降低表面能的同时增加外比表面积，可以进一步降低热坯料在模具表面发生粘附和可能。因此，在保证模具表面宏观均匀平整的前提下，提升其微观尺度的粗糙度，也有利于模具防粘附性能的提高。

基于上述情况，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于注塑模具的防粘附硬质涂层及其制备方法，其在模具内腔表面沉积一层由包括硬质金属/硬质陶瓷相/碳材料三者构成的复合涂层，并对该涂层实施低表面能的表面改性与结构设计，从而在不使用脱模剂、省略涂刷/喷涂脱模剂工序的情况下，解决注塑热坯料容易粘附以及表面耐磨的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于注塑模具的防粘附硬质涂层，所述防粘附硬质涂层包括直接与模具结合的结合层、设置在所述结合层上的过渡层以及设置在所述过渡层上的硬质防粘附功能层；所述结合层包括金属铬层(Cr)，所述过渡层包括氮化铬层，所述硬质防粘附功能层为包括氮化铬镍((Cr,Ni)N)、-CF₃基团表面接枝改性的类金刚石非晶碳(DLC-CF₃)以及-CF₃基团表面接枝改性的碳纳米管(CNTs-CF₃)三种物质的复合物层。

进一步地，所述防粘附硬质涂层的厚度为6.5～17μm。

进一步地，所述结合层的厚度为1.5～3μm。

进一步地，所述过渡层的厚度为2～4μm。