专利名称：金属制品的表面改性方法
技术领域：
本发明是关于玻璃制品压制成形用的金属模、金属制品锻造或压制成形用的金属模以及塑料制品注射模塑成形用的金属模等的金属制品表面改性方法的发明。
比如说，对计算机、录像机、音响系统等的光盘存储器用的玻璃制的光盘原盘、计算机用的玻璃制的硬盘原盘、作为光学元件使用的玻璃透镜、电视机、计算机显示器等的阴极射线管的前方玻璃、液晶显示器用的玻璃原盘等的玻璃压制成形用的金属模来说，以前为了提高其起模性以及抗氧化性，在由不锈钢、超硬合金构成的金属模的成形面上形成白金保护膜，这是众所周知的。此外，对于金属制品锻造或者压制成形的金属模、塑料制品注射模塑成形的金属模来说，为了提高抗剥落性和抗氧化性，在其成形面上也形成白金保护膜，这也是大家都知道的。
然而却有这样的问题，比如说是以前的玻璃制品压制成形用的金属模，在连续压制成形时，在压制10000～20000次左右的比较短的时间里，就出现白金保护膜剥落和成形面磨损的情况，其寿命较短。因此就有必须在比较短的周期内更换整个金属模，致使成本升高的问题。
本发明的目的在于克服上述现有技术中所存在的缺点，提供一种能够提高金属制品表面上形成的白金保护膜的抗剥落性和表面的耐磨性的金属制品的表面改性方法。
本发明的第一技术方案是首先在金属制品的表面上进行白金离子注入，之后形成一层白金保护膜，然后再进行一次白金离子注入。
采用这种方法可以使首先离子注入的白金离子、白金保护膜中的白金离子和后来注入的白金离子同化结合，可以提高白金保护膜对金属制品的粘附性，提高白金保护膜的抗剥落性。并且还可以提高金属制品的耐磨性。因此，可以延长金属制品的寿命，延长更换周期，降低成本。而且，也不损害白金保护膜的抗氧化性，特别是在玻璃制品压制成形用金属模、金属制品锻造或者压制成形用的金属模以及塑料制品注射模成形用的金属模的情况下，也不损害采用这些金属成形的制品的起模性。
关于第一技术方案中的白金保护膜的离子注入，最好是在注入量为1-5×1015个离子/cm2、加速电压为10-200千电子伏，离子电流为10-100毫安的条件下进行白金离子的离子注入。这些范围是从各种试验结果求得的数据。此外，对申请范围1的方法而言，白金保护膜的膜厚度最好是0.1～0.5μm。如果白金保护膜的厚度不到0.1μm，很难形成均匀的白金保护膜，所形成的保护膜的厚度就会产生标准离差，如果膜厚超过0.5μm，在白金保护膜形成后进行的离子注入的白金离子量就必须增大，其结果有可能造成金属制品表面粗糙。
本发明的第二技术方案是首先在金属表面依次注入氮离子和白金离子，再镀上一层白金保护膜，然后再进行一次白金离子注入。
采用技术方案二的方法，首先注入氮离子，可以增加金属制品的母材强度，提高耐磨性。此外，可使随后注入的白金保护膜中的白金离子以及后来注入的白金离子同化结合，提高白金保护膜对金属制品的粘附性，提高白金保护膜的抗剥落性。因此，可以延长金属制品的寿命，延长更换周期，降低成本。而且不损害白金保护膜的抗氧化性，特别是在玻璃制品压制成形用的金属膜、金属制品锻造或者压制成形用的金属模以及塑料制品注射模塑成形用的金属模的情况下，不损害采用这些金属模成形的制品的起模性。
在上述技术方案二中，氮离子的离子注入，最好是在注入量为1-5×1015个离子/cm2、加速电压为10-100千电子伏、离子电流为10-100毫安的条件下进行。这些范围是从各种实验结果求得的数据。此外，镀制白金保护膜前、后的白金离子的离子注入，最好是在注入量为1-5×1017个离子/cm2、加速电压为10-200千电子伏、离子电流为10-100毫安的条件下进行。这些范围是从各种实验结果求得的数据。还有，就技术方案二的方法而言，白金保护膜的膜厚最好是0.1～0.5μm。其理由与技术方案一的情况相同。
本发明的技术方案三是依次把氮离子、碳离子和白金离子注入到金属制品的表面之后，镀制白金保护膜，然后再进行一次白金离子注入。
在技术方案三中依靠离子注入氮离子和碳离子可增加金属制品的母材强度，提高耐磨性。此外，可使随后注入的白金保护膜中的白金离子和后来注入的白金离子同化结合，提高白金保护膜对金属制品的粘附性，提高白金保护膜的抗剥落性。因此，可以延长金属制品的寿命，延长更换周期，降低成本。而且，当金属制品在玻璃制品压制成形用的金属模、金属制品锻造或者压制成形用的金属模和塑料品注射模塑成形用的金属模的情况下，依据离子注入碳离子，可提高使用这些金属模成形的制品脱离金属模的起模性。还有，不损害白金保护膜的抗氧化性。
对于技术方案三的方法而言，氮离子的离子注入最好是在注入量为1-5×1015个离子/cm2、加速电压10-100千电子伏、离子电流为10-100毫安的条件下进行。这些个范围都是从各种实验结果求得的数据。碳离子的离子注入最好在注入量为1-3×1017个离子/cm2、加速电压为10-100千电子伏、离子电流为10-100毫安的条件下进行。这些个范围都是从各种实验结果求得的数据。镀制白金保护膜前、后的的白金离子的注入，最好是在注入量为1-5×1017个离子/cm2、加速电压为10-200千电子伏、离子电流为10-100毫安的条件下进行。这些个范围也是从各种实验结果获得的数据。此外，技术方案三中的白金保护膜的厚度最好是在0.1～0.5μm。其理由与技术方案一的情况相同。
对于上述三个技术方案是用于玻璃制品压制成形用的金属模。
此外，金属模制品是由不锈钢、超硬合金、热金属模用合金工具钢等制成。
上述三项技术方案不仅仅适用于玻璃制品压制成形用的金属模，也能适用于玻璃制品锻造或者压制成形用的金属模、塑料制品注射模塑成形用的金属模以及工具等的金属制品的表面改性。
以下结合实施例对本发明作进一步详细的说明。〔实施案例1〕在注入量为1×1015个离子/cm2、加速电压为100千电子伏、离子电流为50毫安的条件下，把白金离子进行离子注入到用JIS SUS306制成的玻璃制的硬盘用的原盘压制成形用金属模成形面的表面上。接着，用溅射法把膜厚度为0.1μm的白金保护膜溅镀在金属模的成形面的表面上。然后，在注入量为1×1015个离子/cm2、加速电压为100千电子伏、离子电流为50毫安的条件下，把白金离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。这样就把金属模的表面改性了。
为了鉴定这样的金属模，在金属温度为555到560℃、压制压力为48.5吨的条件下，对碱化锌硼硅酸系的玻璃粗加工板(直径85mm、厚度1.2mm)进行压制加工，加工成直径88到90mm)、厚度0.8mm的玻璃制的硬盘用的原盘。在连续进行这样的加工的时候，冲压到133900次没有发现白金保护膜剥落。此外，在冲压133900次的连续加工后也没有发现金属膜成形面上磨损。〔实施案例2〕首先，在注入量为1×1015个离子/cm2、加速电压为100千电子伏、离子电流为50毫安的条件下，把氮离子进行离子注入到用JIS SUS 306制成的玻璃制硬盘原盘的压制成形用的金属模上的成形面的表面上。其次，在注入量为1×1017个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把白金离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。接着，用溅射法在金属模的表面上镀制一层模厚为0.1μm的白金保护模，然后，在注入量为1×1017个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把白金离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。这样就把金属模的表面改性了。
使用这样的金属模，在除确定金属模温度为590到595℃而外，在其它与上述实施案例1相同的条件下，把玻璃制硬盘用的原盘连续压制成形。其结果，连续冲压成形到930000次没有发现白金保护膜剥落。此外，在连续冲压成形930000次之后，发现了有0.008-0.01mm左右的磨损。〔实施案例3〕首先在注入量为5×1015个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把氮离子进行离子注入到用JIS SUS 306制成的玻璃制硬盘原盘的压制成形用的金属模上的成形面的表面上。然后，在注入量为1×1017个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把碳离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。其次，在注入量为2×1017个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把白金离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。再次，用溅射法把膜厚为0.1μm的白金保护膜溅镀至金属模的成形面的表面上。最后，在注入量为1×1017个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把白金离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。这样就把金属模的表面改性了。
使用这样的金属模，除确定金属模温度为590-600℃外，其他与上述实施案例1相同的情况下，把玻璃制硬盘用的原盘连续压制成形。其结果，在连续压制成形到1410000次，没有发现白金保护膜剥落。此外，在连续冲压成形1410000次之后，发现在金属模的成形面的中部有0.01-0.05mm左右的磨损，在相同的周边处发现有0.008-0.01mm左右的磨损。〔实施案例4〕
首先在注入量为5×1015个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把氮离子进行离子注入到用碳化钨(WC)·钴系超硬度合金(JIS K20)制成的玻璃制硬盘原盘的压制成形用的金属模上的成形面的表面上。接着，注入量为1×1015个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把钯离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。其次，在注入量为1×1017个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把碳离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。再次，在金属模的成形面的表面上镀上膜厚为0.1μm的白金保护膜。最后，在注入量为1×1017个离子/cm2，加速电压为100千电子伏，离子电流为50毫安的条件下，把白金离子进行离子注入到金属模的成形面的表面上。这样就把金属模的表面改性了。
使用这样的金属模，除确定金属模温度为670-580℃而外，在其他与上述实施案例1相同的条件下，把玻璃制硬盘用的原盘连续压制成形。其结果，连续压制成形到1210000次没有发现白金保护膜剥落。此外，在连续压制成形1210000次之后，发现了有0.008-0.01mm左右的磨损。〔比较案例〕用溅射法把厚度0.5μm的白金保护膜溅镀到用JIS SUS 306制成的玻璃制硬盘的压制成形用的金属模的成形面的表面上。
使用这样的金属模，除设定金属模温度为590-600℃而外，在其他与上述实施案例1相同的条件下，把玻璃制硬盘用的原盘连续压制成形。其结果，在连续压制成形10000次时发现有白金保护膜剥落。此外，在连续压制成形10000次以后，发现了有0.05-0.08mm左右的磨损。
如果采用技术方案一的方法，可使首先离子注入的白金离子、白金保护膜中的白金离子以及后来离子注入的白金离子同化结合，提高白金保护膜对金属制品的粘附性，提高白金保护膜的抗剥离性。并且可提高金属制品的耐磨性。因此，可以延长金属制品的寿命，延长更换周期和降低成本。而且，不损害白金保护膜的抗氧化性，特别是在玻璃制品压制成形用的金属模、金属制品锻造或者压制成形的金属模、塑料制品注射模塑成形用的金属模的情况下，也不损害用这些金属模成形的制品的起模性。
如果采用技术方案二的方法，依靠离子注入氮离子，可以增强金属制品的母材强度，提高耐磨性。此外，可使首先离子注入的白金离子、白金保护膜中的白金离子以及后来离子注入的白金离子同化结合，提高白金保护膜对金属制品的粘附性，提高白金保护膜的抗剥离性。因此，可以延长金属制品的寿命，延长更换周期和降低成本。而且，不损害白金保护膜的抗氧化性，特别是在玻璃制品压制成形用的金属模、金属制品锻造或者压制成形用的金属模以及塑料制品注射模塑成形用的金属模的情况下，也不损害用这些金属模成形的制品的起模性。
如果采用技术方案三的方法，依靠离子注入氮离子和碳离子，可增强金属制品的母材强度，提高耐磨性。此外，可使首先离子注入的白金离子、白金保护膜中的白金离子以及后来离子注入的白金离子同化结合，提高白金保护膜对金属制品的粘附性，提高白金保护膜的抗剥离性。因此，可以延长金属制品的寿命，延长更换周期和降低成本。而且，当金属制品是玻璃制品压制成形用的金属模、金属制品锻造或者压制成形用的金属模以及塑料制品注射模塑成形用的金属模的情况下，通过离子注入碳离子，可以提高用这些金属模成形的制品脱离金属模的起膜性。再有，不损害白金保护膜的抗氧化性。
权利要求
1.金属制品的表面改性方法，其特征在于首先在金属制品的表面上进行白金离子注入，之后镀上一层白金保护膜，然后再进行一次白金离子注入。
2.根据权利要求1所说的方法，其特征在于在金属表面注入白金离子之前首先注入氮离子。
3.根据权利要求1所说的方法，其特征在于在金属表面注入白金离子之前首先依次注入氮离子和碳离子。
4.根据权利要求3所说的方法，其特征在于在注入氮离子之后、注入碳离子之前进行钯离子注入。
全文摘要
金属制品的表面改性方法,其特征在于首先在金属制品的表面上进行白金离子注入,之后镀上一层白金保护膜,然后再进行一次白金离子注入。它可以提高镀在金属表面上的白金保护膜的抗剥落性和表面的耐磨性,以提高金属制品的使用寿命。
文档编号C23C14/22GK1327485SQ00801559
公开日2001年12月19日 申请日期2000年7月28日 优先权日1999年7月29日
发明者坂本恭章 申请人:坂本恭章