冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法及应用其的冲压模具技术

本发明专利技术公开一种冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法及应用其的冲压模具，镀膜优化参数的方法包含：进行田口参数选择，定义数个功能性质需求、选择适当的镀膜参数作为因子，选取多个水平；以田口实验法获得各个因子在不同水平下的功能量化数据；利用田口实验法计算各组参数的信噪比，并由信噪比推论出其最佳组合，再进行其参数优化确认实验，以得到优化镀膜参数，并进行各性质的变异数分析算出各因子的贡献度，由各贡献度决定因子间影响程度；进行参数优化实验并由参数优化实验进行多次的反复实验，再重复进行检测，以得到田口稳健化参数。本发明专利技术能够降低成形加工过程中在工具表面所承受的剪切应力，并同时镀膜具有较佳的附着性及机械性、耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法及应用其的冲压模具，特别是有关于一种应用田口方法找出包含最大附着力及最小摩擦系数的多目的优化的镀膜参数及应用该参数制成具有镀层的冲压模具。
技术介绍
类钻石(Diamond-LikeCarbon，简称DLC)薄膜为碳原子及少量的氢原子键结组成的非晶质(没有结晶)薄膜，由于原子直径小且排列非常致密，单位体积共价键结的数目较多，使其成为硬度仅次于钻石的材料。为达化学上的稳定，消除表面的悬空键，类钻石薄膜表面的原子常以双键的形式存在。碳-碳双键是非常稳定的结构，因此类钻石薄膜的表面反应性低(较不沾黏)，摩擦系数小，非常适合应用在需要耐磨耗的地方，特别是模具。另外由于类钻石薄膜为非结晶态，很容易可以在基板上沉积非常平滑的薄膜，非常适合于光学或镜面模具表面被覆。又，类钻石薄膜的化学稳定性极佳，可以耐酸碱，因此非常适合应用在具腐蚀性的环境下。最后由于类钻石薄膜在室温就可以制得，因此在制备类钻石膜的过程中不会因为热变形造成模具的损坏。类钻石薄膜具高硬度、耐酸碱、表面平滑、低磨擦系数、易脱模、耐磨耗、热导性佳、低温制程等特性，因而远比其它材料更适合应用在模具的保护上，增加模具使用寿命达2-10倍。又类钻石膜镀在模具上可协助散热，改善模流性质、增加脱模性、成型率及复制率，缩短制程时间、提升产品良率、并减少拆模及清模的时间及次数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在冲压模具上具有低摩擦系数的薄膜镀层，同时具有相对较佳的镀层附着力的溅镀参数设计的方法。本专利技术的另一目的在于提供一种应用上述溅镀参数设计的方法制成的冲压模具的溅镀层。为达成上述方法的目地，本专利技术的技术手段在于提供一种类钻碳镀膜优化参数的方法，步骤包含：进行田口参数选择，以定义多个(三个)功能性质需求、并选择适当的镀膜参数作为因子，且选取多个水平；依据该些功能需求，分别以田口实验法获得各个因子在不同水平下的功能量化数据；以及利用田口实验法计算根据功能量化数据分析各组参数的信噪比(S/N)，并由该些信噪比推论出其最佳组合再进行参数优化确认实验，以得到包含该些功能的多目的优化的镀膜参数。为达成上述装置的目地，本专利技术的技术手段在于提供一种应用其类钻碳镀膜优化参数方法制程的冲压模具。本专利技术具有的优点在于：本专利技术应用田口方法，配合采用四靶源封闭式非平衡磁控溅镀系统来进行反应性镀膜溅镀，四靶源分别使用2个铬靶、1个钛靶、1个铝靶，并且加入反应性气体氮气(N2)与乙炔(C2H2)，利用反应性溅镀的方法制作(TiCrAl)CN多层膜，以田口实验方法配合变异数分析，提供多目的优化的镀膜参数，并可根据所需的目的，依该镀膜参数在冲压模具(如冲头、模穴或压料板)表面形成类钻碳镀膜。本专利技术应用溅镀于冲压模具表面的碳氮化钛铬铝(TiCrAl)CN复合类钻碳膜使模具具有相当低的摩擦系数而使板材胚料于模具间易于滑动以增加冲压成形性，并同时镀膜具有较佳的附着性及机械性、耐腐蚀性。附图说明图1绘示本专利技术应用四靶源封闭式非平衡磁控制溅镀系统的设备的示意图；图2绘示本专利技术应用田口实验的试片编号实验组的摩擦系数与磨耗率比较图；图3绘示本专利技术应用田口实验的试片编号实验组的控制因子与水平和摩擦系数的信噪比的坐标图；图4绘示本专利技术应用田口实验的试片编号实验组的摩擦系数与附着力比较图；图5绘示本专利技术应用田口实验的试片编号实验组的控制因子与水平和附着力的信噪比的坐标图；图6绘示本专利技术应用田口实验的试片编号实验组的摩擦系数与压痕比较图。图中：10四靶源封闭式非平衡磁控溅镀系统；11腔体；12基板；13靶材；131铬靶；132铝靶；133钛靶；14治具；15封闭磁场；L-1，L-2，L-3水平；步骤S10～步骤S40应用田口方法决定冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。请再参阅图1所示。本专利技术的应用田口方法(Taguchimethods)决定冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法，适用于四靶源封闭式非平衡磁控制溅镀法，并使用的靶材13包括2个铬靶131、1个钛靶133及一个铝靶132对基板12进行镀膜，该基板12(试片)为合金工具钢(SKD11)，设置于封闭式非平衡磁控制溅镀系统10的封闭磁场15内的治具14上，该基板12在溅镀前先进行表面抛光(购买后的高速钢经过热处理后，经由水砂纸研磨并抛光到镜面)及去除表面油污与脏物并使水分干燥，该基板12在溅镀时，先对该基板12进行离子轰击，以清洁并具活化基板12表面(主要是利用一极大电压使产生电场再加入氩气(Ar)形成电浆解离成Ar+和电子e-，因基板12所加的强大偏压会产生吸引而产生撞击的效果，此一阶段主要目的是将基板12材料表面可能生成的氧化物与杂质等脏东西利用离子撞击的方式撞击基材表面，同时也可以让溅镀基材升温，增加溅镀时离子流道率，如此能使镀膜更均匀与附着力更佳)。其类钻碳镀膜优化参数的方法的步骤包含：步骤S10，进行田口参数选择，以定义数个如镀膜的摩擦系数、附着力、耐磨耗力等功能性质需求、并选择适当的镀膜参数作为因子(例如中介层、基板偏压、铝靶材电流、铬靶材电流、钛靶材电流、基板旋转速度、氮气流量及乙炔流量)，且选取多个水平(本实验为三个水平：L-1-L-3)。如图1所示，本实验采用四靶源封闭式非平衡磁控溅镀系统10来进行反应性镀膜溅镀，其四靶源的靶材13分别使用2个铬靶131、1个钛靶133及1个铝靶132，并且加入反应性气体氮气(N2)与乙炔(C2H2)，利用反应性溅镀的方法制备碳氮化钛铬铝-(TiCrAl)CN多层膜。本专利技术利用田口实验法求优化的制程参数，首先由中介层(为提高沉积类钻碳镀膜的附着性所预先在基板所预镀的Cr或CrN层)取得实验参数，并以基板偏压、铬、铝、钛靶材电流、基板旋转速度、氮气流量、乙炔流量为实验因子，并取三水平(L-1-L-3)，选取各因子与水平以L18(21×37)的直交表(Taguchi’sorthogonalarrays)作为实验条件的配置，进行共为18次的披覆处理，其实验系统与配置如图1所示，实验因子及水平表如表1所示。表1步骤S20，依据前述该些功能需求，分别以田口实验法获得各个因子在不同水平(level)下的功能量化数据。田口实验设计法能在不失准确度的下缩减实验，利用改良直交表应用于实验规划配置，可使得实验规划具有简化实验、分析与计算容易等优点，避免逐一因子或全因子实验的再现性问题与繁杂，以最经济与有效率的找出大规模生产的制程条件，达到稳健化。田口实验主要包含两类别因子，其一为控制因子，也就是设计者可掌握并控制在不同水平下的因子，二为噪声因子，为控制者难以或无法控制的因子，定义出实验所需要的因子与水平数，在选择适当直交表进行实验配置，最后在将实验所得的数据进行分析，利用回应表求出各个因子水平的S/N(singaltonoise)比，S/N比越大代表质量特性越佳，再经由各因子水平间的关系找出优化参数条件，再进行确认实验，并可由S/N推测各因子水平对目标的影响程度，借由不同贡献度再进行逐一因子实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法，适用于四靶源封闭式非平衡磁控制溅镀法，并使用2个铬靶、1个钛靶及一个铝靶进行替代该冲压模具的一基板进行镀膜，其特征在于，包含以下步骤：进行田口参数选择，以定义数个功能性质需求、并选择适当的镀膜参数作为因子，且选取多个水平；依据该些功能需求，分别以田口实验法获得各个因子在不同水平下的功能量化数据；利用田口实验法计算根据功能量化数据分析各组参数的信噪比，并由该些信噪比推论出其最佳组合，再进行其参数优化确认实验，以得到包含该些功能的多目的优化的镀膜参数，并经由田口实验法得到的优化参数进行各性质的变异数分析算出各因子的贡献度，由各贡献度决定因子间影响程度；以及分别根据各个功能需求进行参数优化实验，并由参数优化实验进行多次的反复实验，再进行前一步骤的检测，以得到一田口稳健化参数。

【技术特征摘要】
1.一种冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法，适用于四靶源封闭式非平衡磁控制溅镀法，并使用2个铬靶、1个钛靶及一个铝靶进行替代该冲压模具的一基板进行镀膜，其特征在于，包含以下步骤：进行田口参数选择，以定义数个功能性质需求、并选择适当的镀膜参数作为因子，且选取多个水平；依据该些功能需求，分别以田口实验法获得各个因子在不同水平下的功能量化数据；利用田口实验法计算根据功能量化数据分析各组参数的信噪比，并由该些信噪比推论出其最佳组合，再进行其参数优化确认实验，以得到包含该些功能的多目的优化的镀膜参数，并经由田口实验法得到的优化参数进行各性质的变异数分析算出各因子的贡献度，由各贡献度决定因子间影响程度；以及分别根据各个功能需求进行参数优化实验，并由参数优化实验进行多次的反复实验，再进行前一步骤的检测，以得到一田口稳健化参数。2.根据权利要求1所述的冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法，其特征在于，其中，该定义的功能需求包含镀膜附着性、摩擦系数和耐摩耗力，该因子包含中介层、基板偏压、铝靶材电流、铬靶材电流、钛靶材电流、基板旋转速度、氮气流量及乙炔流量。3.根据权利要求1所述的冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法，其特征在于，其中，该基板为高速钢SKD11。4.根据权利要求1所述的冲压模具类钻碳镀膜优化参数的方法，其特征在于，其中，该基板在溅镀前先进行表面抛光及去除表面油...

【专利技术属性】
技术研发人员：简明德，林栢村，
申请(专利权)人：高雄第一科技大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71