本发明涉及涂层制备技术领域，具体而言，涉及一种铍铜瓶盖模具的表面涂层及其制备方法。
背景技术：
铍铜合金由于其良好的导热性、较高的弹性极限等优点，适合于制造瓶盖模具。但是铍铜合金的硬度低、耐磨性较差，导致模具使用寿命低，因此模具表面涂覆一层硬度高、摩擦系数低、自润滑、导热系数高的dlc涂层，能够大大提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。但是目前市场上dlc涂层的制备温度基本都大于200度，而铍铜瓶盖模具内的橡胶密封圈最高耐热温度为150度。所以导致铍铜瓶盖模具涂层完dlc后，由于橡胶密封圈老化失效导致漏水。
鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，该制备方法可在低温条件下沉积dlc涂层，从而可有效地保护铍铜瓶盖模具的橡胶密封圈，进而可提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。
本发明的目的之二在于提供一种铍铜瓶盖模具的表面涂层，其通过上述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法在铍铜瓶盖模具上制备得到。因此，该铍铜瓶盖模具的表面涂层在沉积过程中可有效地保护铍铜瓶盖模具的橡胶密封圈，进而可提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。
本发明是这样实现的：
第一方面，实施例提供一种铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，包括：
采用磁控溅射依次在低温条件下在铍铜瓶盖模具基片上制备第一涂层、第二涂层；
采用pecvd技术在低温条件下在第二涂层上沉积第三涂层；
其中，第一涂层为cr/crn/crcn/crc涂层或者ti/tin/ticn/tic涂层；第二涂层为wcc涂层；第三涂层为dlc涂层。
在可选的实施方式中，低温条件为温度小于150℃。
在可选的实施方式中，采用磁控溅射制备第一涂层和第二涂层时的磁控溅射靶的功率为1～8kw，靶电流1～9a，真空室内压力为0.25～0.35pa；
采用pecvd技术在低温调节下在第二涂层上沉积第三涂层的非平衡磁场线圈电流1～8a，偏压为-500～-900v，真空度为0.5～1.5pa。
在可选的实施方式中，采用磁控溅射制备第一涂层时，还需向真空室中通入氩气，氩气和氮气的混合气体，氩气、氮气以及碳氢气体的混合气体中的任一种气体；
采用磁控溅射制备第二涂层时，还需向真空室中通入氩气和碳氢气体。
在可选的实施方式中，第一涂层和第二涂层的制备厚度为0.5～1.0μm；第三涂层的沉积厚度为1.0～2.0μm。
在可选的实施方式中，铍铜瓶盖模具的表面涂层的总厚度大于3.0μm。
在可选的实施方式中，铍铜瓶盖模具基片通过对铍铜瓶盖模具依次进行清洗和离子刻蚀清洗后得到。
在可选的实施方式中，清洗的步骤具体包括将铍铜瓶盖模具置于全自动清洗线清洗后装夹好，并置于真空室中，抽气至4×10-3pa以上的真空度，加热至100～150℃后进行离子刻蚀清洗。
在可选的实施方式中，离子刻蚀清洗的步骤具体包括对真空清洗后的铍铜瓶盖模具进行离子刻蚀清洗，离子刻蚀清洗的偏压为-100～-300v，刻蚀温度控制在150℃以内。
第二方面，实施例提供一种铍铜瓶盖模具的表面涂层，通过前述实施方式中任一项的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法制备得到。
本发明的实施例至少具有以下优点或有益效果：
本发明的实施例提供了一种铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，包括：
采用磁控溅射依次在低温条件下在铍铜瓶盖模具基片上制备第一涂层、第二涂层；然后，采用pecvd技术在低温条件下在第二涂层上沉积第三涂层；其中，第一涂层为cr/crn/crcn/crc涂层或者ti/tin/ticn/tic涂层；第二涂层为wcc涂层；第三涂层为dlc涂层。该铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法通过pecvd技术在低温条件下沉积dlc涂层，不会影响瓶盖模具内的橡胶密封圈，从而可提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。同时，沉积的dlc涂层具有内应力小、结合力高、硬度高、摩擦系数低、自润滑、导热系数高的特性，能够进一步地提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。
本发明的实施例还提供了一种铍铜瓶盖模具的表面涂层，其通过上述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法在铍铜瓶盖模具上制备得到。因此，该铍铜瓶盖模具的表面涂层在沉积过程中可有效地保护铍铜瓶盖模具的橡胶密封圈，进而可提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的实施例提供的发明铍铜瓶盖模具结构示意图；
图2是本发明的实施例提供的铍铜瓶盖模具表面的涂层结构示意图；
图3是本发明的实施例提供的以铍铜瓶盖模具为基体的表面涂层的干摩擦性能测试结果图；
图4是本发明的实施例提供的铍铜瓶盖模具表面的涂层的拉曼光谱图。
图标：100-铍铜瓶盖模具；101-柄部；103-橡胶密封圈；105-头部；107-涂层区域；109-cr/crn/crcn/crc涂层；111-ti/tin/ticn/tic涂层；113-wcc涂层；115-dlc涂层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
图1为本发明的实施例提供的铍铜瓶盖模具100的结构示意图；图2为本实施例提供的铍铜瓶盖模具100表面的涂层结构示意图。请参阅图1与图2，本发明的实施例提供了一种铍铜瓶盖模具100的表面涂层的制备方法，其包括：
采用磁控溅射依次在低温条件下在铍铜瓶盖模具100基片上制备第一涂层、第二涂层；采用pecvd技术在低温条件下在第二涂层上沉积第三涂层；其中，第一涂层为cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111；第二涂层为wcc涂层113；第三涂层为dlc涂层115。
详细地，请参阅图1，在本实施例中，铍铜瓶盖模具100具有从下至上依次设置的柄部101、橡胶密封圈103以及头部105，柄部101的材料为s136，柄部101的靠近橡胶密封圈103的一端与橡胶密封圈103以及头部105之间形成涂层区域107，该涂层区域107用于沉积图2所示的铍铜瓶盖模具100的表面涂层，以达到提高铍铜瓶盖模具100的使用寿命的目的。
具体地，在本发明的实施例中，采用磁控溅射的方法在基片上制备第一涂层和第二涂层可为低温沉积dlc涂层115提供有效地硬度条件，也可有效地保证整个表面涂层的硬度。同时，第一涂层为cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111，第二涂层为硬度相较于第一涂层更高的wcc涂层113，wcc涂层113也即含碳的碳化钨层，通过硬度逐渐增加的涂层设计，使得整个表面涂层一方面可牢固地与铍铜瓶盖模具100基片结合，另一方面又可以提高涂覆涂层后的整体硬度。另外，通过pecvd技术在低温条件下沉积dlc涂层115，不会影响瓶盖模具内的橡胶密封圈103，从而可提高铍铜瓶盖模具100的使用寿命。并且，沉积的dlc涂层115相较于wcc涂层113而言硬度更好，其具有内应力小、结合力高、硬度高、摩擦系数低、自润滑、导热系数高的特性，能够进一步地提高铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
需要说明的是，在本实施例中，低温条件的温度为小于150℃，为了能达到该温度调节，在制备控制中可以对参数进行详细地控制。
具体地，在制备第一涂层时，是向真空室中通入氩气，氩气和氮气的混合气体，氩气、氮气以及碳氢气体的混合气体中的任一种气体，且保持真空室内压力为0.25～0.35pa，然后开启磁控溅射靶制备cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111，磁控溅射靶的功率为1～8kw，靶电流1～9a。同时，通过对靶功率和靶电流的控制将温度控制在150度以内，可以保证铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
具体地，在制备第二涂层时，是向真空室中通入氩气和碳氢气体，保持真空室内压力为0.25～0.35pa，用磁控溅射技术制备wcc涂层113，磁控溅射靶的功率为1～8kw，靶电流1～9a。与第一涂层的制备类似，通过对靶功率以及靶电流的控制将温度控制在150度以内，可以进一步地保证铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
具体地，在沉积第三涂层时，是向真空室中通入碳氢气体，开启非平衡磁场，通过pecvd技术离化碳氢气体从而实现dlc的沉积，非平衡磁场线圈电流1～8a，偏压为-500～-900v，真空度为0.5～1.5pa，dlc涂层115厚度1.0～2.0μm。与第一涂层和第二涂层的制备类似，通过对靶功率和靶电流的控制将温度控制在150度以内，可以进一步地保证铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
需要说明的是，在本发明的实施例中，第一涂层和第二涂层的制备厚度为0.5～1.0μm；第三涂层的沉积厚度为1.0～2.0μm，且铍铜瓶盖模具100的表面涂层的总厚度大于3.0μm。通过对涂层的厚度的控制，使得整个铍铜瓶盖模具100的表面涂层的硬度可以得到有效地保证，从而可进一步地保证铍铜瓶盖模具100不易被损害，进而保证铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
作为优选的方案，在本发明的实施例中，铍铜瓶盖模具100基片通过对铍铜瓶盖模具100依次进行清洗和离子刻蚀清洗后得到。
具体地，清洗的步骤具体包括将铍铜瓶盖模具100置于全自动清洗线清洗后装夹好，并置于真空室中，抽气至4×10-3pa以上的真空度，加热至～150℃后进行离子刻蚀清洗。离子刻蚀清洗的步骤具体包括对真空清洗后的铍铜瓶盖模具100进行离子刻蚀清洗，离子刻蚀清洗的偏压为-100～-300v，刻蚀温度控制在150℃以内。通过依次进行的真空清洗和离子刻蚀清洗后可以去除铍铜瓶盖模具100表面的氧化物，使得铍铜瓶盖模具100基片的表面清洁度得到有效地提高，从而提高膜基结合力，进而使得涂层沉积后的结合力以及硬度得到有效地保证。
本发明的实施例还提供了一种铍铜瓶盖模具100的表面涂层，其通过上述的铍铜瓶盖模具100的表面涂层的制备方法在铍铜瓶盖模具100上制备得到。因此，该铍铜瓶盖模具100的表面涂层在沉积过程中可有效地保护铍铜瓶盖模具100的橡胶密封圈103，进而可提高铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
下面结合实施例和实验例对本发明的有益效果进行详细地说明。
实施例1
本实施例提供了一种铍铜瓶盖模具100的表面涂层的制备方法，其主要包括以下步骤：
s1：将铍铜瓶盖模具100置于全自动清洗线清洗40min后装夹好，置于真空室中，加热至100℃，进行抽气并抽至4×10-3pa以上的真空度；
s2：对铍铜瓶盖模具100进行离子刻蚀清洗40min，偏压-100v；
s3：向真空室中通入氩气、氮气以及乙炔，保持真空室内压力为0.3pa，用磁控溅射技术制备cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111，磁控溅射靶的功率为5kw，靶电流9a，cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111厚度0.5μm；
s4：向真空室中通入氩气和乙炔，保持真空室内压力为0.33pa，用磁控溅射技术制备wcc涂层113，磁控溅射靶的功率为5kw，靶电流9a，wcc涂层113厚度0.5μm；
s5：向真空室中通入乙炔气体，通过pecvd技术离化乙炔气体从而实现dlc涂层115的沉积，开启非平衡磁场，线圈电流2a，偏压为-700v，真空度为0.5pa，dlc涂层115厚度2.0μm。
实施例2
本实施例提供了一种铍铜瓶盖模具100的表面涂层的制备方法，其主要包括以下步骤：
s1：将铍铜瓶盖模具100置于全自动清洗线清洗30min后装夹好，置于真空室中，加热至100℃，进行抽气并抽至4×10-3pa以上的真空度；
s2：对铍铜瓶盖模具100进行离子刻蚀清洗40min，偏压-150v；
s3：向真空室中通入氩气、氮气以及乙炔，保持真空室内压力为0.25pa，用磁控溅射技术制备cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111，磁控溅射靶的功率为3kw，靶电流3a，cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111厚度0.8μm；
s4：向真空室中通入氩气和乙炔，保持真空室内压力为0.28pa，用磁控溅射技术制备wcc涂层113，磁控溅射靶的功率为5kw，靶电流9a，wcc涂层113厚度0.5μm；
s5：向真空室中通入乙炔气体，通过pecvd技术离化乙炔气体从而实现dlc涂层115的沉积，开启非平衡磁场，线圈电流2a，偏压为-800v，真空度为0.8pa，dlc涂层115厚度2.0μm。
实施例3
本实施例提供了一种铍铜瓶盖模具100的表面涂层的制备方法，其主要包括以下步骤：
s1：将铍铜瓶盖模具100置于全自动清洗线清洗50min后装夹好，置于真空室中，加热至150℃，进行抽气并抽至4×10-3pa以上的真空度；
s2：对铍铜瓶盖模具100进行离子刻蚀清洗50min以上，偏压-200v；
s3：向真空室中通入氩气、氮气以及乙炔，保持真空室内压力为0.33pa，用磁控溅射技术制备cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111，磁控溅射靶的功率为7kw，靶电流9a，cr/crn/crcn/crc涂层109或者ti/tin/ticn/tic涂层111的厚度为1μm；
s4：向真空室中通入氩气和乙炔，保持真空室内压力为0.33pa，用磁控溅射技术制备wcc涂层113，磁控溅射靶的功率为5kw，靶电流9a，wcc涂层113厚度0.5μm；
s5：向真空室中通入乙炔气体，通过pecvd技术离化乙炔气体从而实现dlc涂层115的沉积，开启非平衡磁场，线圈电流1a，偏压为-800v，真空度为1.0pa，dlc涂层115厚度2.0μm。
实验例1
对实施例1提供的表面涂层进行性能测试。结果如图3所示，采用ms-t3000摩擦磨损试验机对该工件表面涂层的干摩擦系数和磨损寿命进行评价，具体实验条件为：摩擦实验均采用球—盘圆周滑动方式，大气环境，温度20-23℃，相对湿度55-70％，摩擦对偶球为φ4mm的si3n4球，旋转半径为10mm，载荷为10n，转速382rpm，摩擦时间为2h。测试结果表明：该工件表面涂层的平均摩擦系数为0.11，磨损率为6.52×10-17m3/nm。
实验例2
对实施例1提供的表面涂层用拉曼光谱仪对其表面结构进行测试。结果如图4所示，测试结果表明dlc涂层115呈典型的类金刚石结构特征。
实验例3
对实施例1提供的表面涂层的结合力进行评定。具体地，实验条件为：基材为yg6，试样平整度0.01mm，加载速率n/min，移动速率5mm/min，压头尖半径0.2mm，温度20-22℃，相对湿度55-60％，划5条线，取平均值。测试结果表明：涂层平均膜基结合力56n，划痕边缘呈点状剥落，涂层结合力良好。
实验例4
对实施例1提供的表面涂层进行维氏显微硬度测试。具体地，采用mh-5d型显微硬度计对涂层硬度进行评价，具体实验条件为：载荷25g，时间15s，温度20-23℃，相对湿度55-70％，测5个点，取平均值。测试结果表明涂层平均硬度超过3000hv0.025，远高于铍铜的硬度。
综上所述，本发明的实施例通过控制制备工艺，如靶功率，靶电流，线圈电流和气压可实现低温(低于150度)沉积，不会影响瓶盖模具内的橡胶密封圈103。而且涂层内应力小、结合力高、硬度高、摩擦系数低、自润滑、导热系数高，能够提高铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
综上所述，本发明的实施例提供的铍铜瓶盖模具100的表面涂层的制备方法可在低温条件下沉积dlc涂层115，从而可有效地保护铍铜瓶盖模具100的橡胶密封圈103，进而可铍铜瓶盖模具100的使用寿命。本发明的实施例提供的铍铜瓶盖模具100的表面涂层，其通过上述的铍铜瓶盖模具100的表面涂层的制备方法在铍铜瓶盖模具100上制备得到。因此，该铍铜瓶盖模具100的表面涂层在沉积过程中可有效地保护铍铜瓶盖模具100的橡胶密封圈103，进而可提高铍铜瓶盖模具100的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于，包括：
采用磁控溅射依次在低温条件下在铍铜瓶盖模具基片上制备第一涂层、第二涂层；
采用pecvd技术在低温条件下在所述第二涂层上沉积第三涂层；
其中，所述第一涂层为cr/crn/crcn/crc涂层或者ti/tin/ticn/tic涂层；所述第二涂层为wcc涂层；所述第三涂层为dlc涂层。
2.根据权利要求1所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
所述低温条件为温度小于150℃。
3.根据权利要求1所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
采用磁控溅射制备所述第一涂层和所述第二涂层时的磁控溅射靶的功率为1～8kw，靶电流1～9a，真空室内压力为0.25～0.35pa；
采用pecvd技术在低温调节下在所述第二涂层上沉积所述第三涂层的非平衡磁场线圈电流1～8a，偏压为-500～-900v，真空度为0.5～1.5pa。
4.根据权利要求1所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
采用磁控溅射制备所述第一涂层时还需向真空室中通入氩气，氩气和氮气的混合气体，氩气、氮气以及碳氢气体的混合气体中的任一种气体；
采用磁控溅射制备所述第二涂层时，还需向真空室中通入氩气和碳氢气体。
5.根据权利要求1所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
所述第一涂层和所述第二涂层的制备厚度为0.5～1.0μm；所述第三涂层的沉积厚度为1.0～2.0μm。
6.根据权利要求5所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
所述铍铜瓶盖模具的表面涂层的总厚度大于3.0μm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
所述铍铜瓶盖模具基片通过对铍铜瓶盖模具依次进行清洗和离子刻蚀清洗后得到。
8.根据权利要求7所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
所述清洗的步骤具体包括将所述铍铜瓶盖模具置于全自动清洗线清洗后装夹好，并置于真空室中，抽气至4×10-3pa以上的真空度，加热至100～150℃后进行离子刻蚀清洗。
9.根据权利要求7所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法，其特征在于：
所述离子刻蚀清洗的步骤具体包括对真空清洗后的所述铍铜瓶盖模具进行离子刻蚀清洗，离子刻蚀清洗的偏压为-100～-300v，刻蚀温度控制在150℃以内。
10.一种铍铜瓶盖模具的表面涂层，其特征在于，通过权利要求1至9中任一项所述的铍铜瓶盖模具的表面涂层的制备方法制备得到。
技术总结
本发明公开了一种铍铜瓶盖模具的表面涂层及其制备方法，涉及涂层制备技术领域。该方法采用磁控溅射依次在低温条件下在铍铜瓶盖模具基片上制备第一涂层、第二涂层；然后，采用PECVD技术在低温条件下在第二涂层上沉积第三涂层；其中，第一涂层为Cr/CrN/CrCN/CrC涂层或者Ti/TiN/TiCN/TiC涂层；第二涂层为WCC涂层；第三涂层为DLC涂层。该方法通过PECVD技术在低温条件下沉积DLC涂层，不会影响瓶盖模具内的橡胶密封圈，从而可提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。同时，沉积的DLC涂层具有内应力小、结合力高、硬度高、摩擦系数低、自润滑、导热系数高的特性，能够进一步地提高铍铜瓶盖模具的使用寿命。
技术研发人员：谭笛;李福球;张程;王枫;林松盛;代明江;邝子奇;熊学威
受保护的技术使用者：广东省新材料研究所
技术研发日：.12.04
技术公布日：.02.28
