专利名称：多元成分热阻合金及具有多元成分热阻合金层的模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热阻材料，特别是涉及一种多元成分热阻合金及具有多元成分热阻合金层的模具。
背景技术：
随着全球通讯事业的发展，对于可携式设备，如笔记本电脑Note Book，NB)、移动电话(Cellular Phone)等产品需求随的增加。这些产品必须符合轻量化设计的需求。以笔记本电脑为例，其外壳传统是以工程塑料(ABS)为主，但是若用镁合金取代工程塑料，可如下表所示，镁合金具有密度较高及杨氏系数(GPa)大幅增加的优点。除此之外，镁合金还具可散热性、电磁遮蔽性、及回收性的环保特性。
但是镁合金以压铸的方法制造，极容易在铸件表面产生缺陷，其产品不合格率约达50％。另一方面台湾在NB镁合金压铸的制造设备能量世界第一，但合格率差，产品产出能量面临主要瓶颈。镁合金压铸之所以产生许多缺陷，关键机制在于其铸件的尺寸极薄，金属凝固时热量散失太快，且产生非方向性凝固所造成。金属凝固时热量散失太快在半固态成形方面造成的缺陷包括热收缩及填充不完全……等；在镁合金压铸方面造成的缺陷包括热裂模、表面氧化、流纹、表面孔洞与顶出变形。
因此，若在镁合金压铸模具(SKD61)或半固态成形件表面喷覆一层热阻材料(Thermal-barrier Material)当作绝热涂层，使镁合金压铸模具或半固态成形件在凝固时热量散失速度降低，将可以改善凝固补充的现象。此方式符合前述的金属凝固理论。
在具有低热传导系数的热阻材料研究中，绝大部分的热阻材料为陶瓷基复合材料。目前热阻材料常被使用在涡轮(turbine)叶片或其零件等高温环境。涡轮叶片或其零件材料常使用超合金，超合金材料虽然可以耐高温，但在长时间使用下，仍会面临材料产生疲劳破坏的问题。目前最常用的解决方式，是在涡轮叶片或其零件表面披覆一层热阻材料。氧化锆(ZrO2)是最早被发现可以用来做为热阻材料的氧化物。随着氧化锆的热阻材料被开发后，许多研究人员便开始投入研究，开发出许多氧化锆基(ZrO2-base)的热阻材料。
目前最常用的热阻材料为氧化钇稳定氧化锆(Yttria-Stabilized Zirconia，YSZ)，为了进一步降低热传导系数，部分研究人员在YSZ中加入其它氧化物，例如美国专利US 6,686,060在YSZ中加入氧化铌(Nb2O5)。
美国专利US 6,764,779则利用一层6～8wt％(重量百分比)的YSZ与一层18～22wt％的YSZ交互堆栈，以达到降低热传导系数的目的。另外有其它研究人员在氧化锆中加入其它氧化物，如美国专利US 6,284,323在氧化锆中加入5～60mol％氧化钆(Gd2O3)，美国专利US 6,916,551在氧化锆中加入氧化铒(Er2O3)，都可以得到低热传导系数的热阻材料。
另有研究人员跳脱氧化锆而发展出取代的新氧化物，例如美国专利US6,924,040在氧化铪(HfO2)加入氧化钆(Gd2O3)，同样可以得到相当低的热传导系数。
美国专利US 6,803,135，则是将RexZr1-xOy(0＜x＜0.5，1.75＜y＜2)被覆于金属基材上做为热阻材料，Re(rhenium，铼)是地球上的稀有元素，稀有元素包含了铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、鉯(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)与镏(Lu)。
除了氧化物热阻材料外，美国专利US 6,521,353中，将50～80wt％WC+10wt％TiC+Co+Ni再加入少量Mn、Cr制成低热传导系数的超硬金属。
上述所有热阻材料专利，都是陶瓷基复合材料，尤其是以氧化物陶瓷材料为主。从上述热阻材料中不难发现，热阻材料使用相当多的稀有元素，此无疑增加材料成本。
在众多专利的中，美国专利US 6,756,131的组成包括Ni、Co(0.1～12wt％)、Cr(10～30wt％)、Al(4～15wt％)、Y(0.1～5wt％)、Re(0.5～10wt％)、Hf(0～0.7wt％)及Si(0～1.5wt％)，虽完全以纯金属元素做成合金的热阻材料，然而材料中仍添加相当多的稀有元素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种多元成分热阻合金，借以解决先前技术所揭露的使用稀有元素，而增加材料成本的问题。
本发明的另一目的在于提供一种具有多元成分热阻合金层的模具，使得压铸模具或半固态成形件在凝固时热量散失速度降低，将可以改善凝固补充的问题。
本发明的具有多元成分热阻合金层的模具，包括金属基材，及披覆于其上的多元成分热阻合金层。
依照本发明较佳实施例所述的具有多元成分热阻合金层的模具，金属基材包括为薄璧机壳压铸模具的金属基材及半固态成形模具的金属基材。
本发明的多元成分热阻合金，包括有钴(Co)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)、硅(Si)及钛(Ti)，其中钴元素的重量百分比为合金总组成的a％(6％≤a％≤41％)，铬元素的重量百分比为合金总组成的b％(5％≤b％≤36％)，铁元素的重量百分比为合金总组成的c％(4％≤c％≤38％)，镍元素的重量百分比为合金总组成的d％(5％≤d％≤44％)，硅元素的重量百分比为合金总组成的e％(2％≤e％≤20％)，以及钛元素的重量百分比为合金总组成的f％(3％≤f％≤29％)，而a％+b％+c％+d％+e％+f％≤100％。
依照本发明较佳实施例所述的多元成分热阻合金，其中包括铝(Al)元素或锆(Zr)元素。而铝元素的重量百分比为合金总组成的g％，2％≤g％≤25％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+g％≤100％。锆元素的重量百分比为合金总组成的h％，6％≤h％≤43％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+h％≤100％。
本发明完全以纯金属元素制成，也未添加任合稀有元素，可降低热阻材料的制造成本。
本发明的多元成分热阻合金作为热阻涂层材料在经等离子熔射技术后，仍趋向于形成非晶质结构，而具有低的热传导系数。
本发明的多元成分热阻合金，以锆元素取代铝元素时，除了理论上锆的热传系数较铝小外，在实际作为热阻涂层材料，经等离子熔射技术后，仍趋向于形成非晶质结构，而具有低的热传导系数。
本发明的多元成分热阻合金为具非晶质结构与低热传导系数的金属材料，可提供给业界一种具有热稳定性且具低热传导系数的金属材料，增加压铸成形模具的保温性，提升低熔点薄金属板片及半固态成形件的成形合格率及稳定性。
本发明的一种多元成分热阻合金可利用等离子熔射技术，将具低热传导系数的多元成分合金粉体喷覆例如于镁合金压铸模具(SKD61)上，以提高镁合金的凝固补充性能，进而改善镁合金压铸成形合格率问题。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的数据及其硬度值、裂缝长度量测结果；图2为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的X光绕射图；图3a为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的各元素摩尔比与硬度关系的因子反应图；图3b为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的各元素摩尔比与裂缝长度关系的因子反应图；图4为本发明的多元成分热阻合金实施例B1至B9的数据及其硬度值、裂缝长度量测结果；图5为本发明的多元成分热阻合金实施例B1至B9的X光绕射图；图6a为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的各元素摩尔比与硬度关系的因子反应图；图6b为本发明的多元成分热阻合金实施例B1至B9的各元素摩尔比与裂缝长度关系的因子反应图；图7为本发明的多元成分热阻合金实施例C1至C4仅改变铬的数据及其硬度值、裂缝长度量测结果；图8为本发明的多元成分热阻合金实施例C1至C4的X光绕射图；图9为本发明的多元成分热阻合金实施例C1、C3及B8三种成分的硬度值与裂缝长度；图10为本发明的多元成分热阻合金实施例喷覆于金属基材上作为热阻涂层材料实验流程图；图11为本发明的多元成分热阻合金实施例以等离子熔射喷覆于金属基材上的等离子熔射参数；图12为本发明的多元成分热阻合金实施例B8合金粉体和涂层在未经过真空热处理及经过热处理后的X光绕射图；图13为本发明的多元成分热阻合金实施例B8的多元成分合金涂层的性质；图14为本发明的多元成分热阻合金实施例D1的材料成份；图15为本发明的多元成分热阻合金实施例D1多元成分合金粉体和涂层在未经过真空热处理及经过热处理后的X光绕射图；图16为本发明的多元成分热阻合金实施例D1多元成分合金涂层的性质；图17为本发明的多元成分热阻合金实施例B8、D1与SKD61热作模具钢的性质比较；以及图18为本发明的多元成分热阻合金做为低导热模具的涂层的金属填充性试验。
具体实施例方式
以下举出具体实施例以详细说明本发明的内容，并以图标作为辅助说明。说明中提及的符号参照图式符号。
本发明提出一种具有多元成分热阻合金层的模具，包括金属基材，及披覆于其上的多元成分热阻合金层。
上述的金属基材例如为薄璧机壳压铸模具的金属基材及半固态成形模具的金属基材。
本发明提出一种多元成分热阻合金，包括有钴元素，其重量百分比为合金总组成的a％，6％≤a％≤41％；铬元素，其重量百分比为合金总组成的b％，5％≤b％≤36％；铁元素，其重量百分比为合金总组成的c％，4％≤c％≤38％；镍元素，其重量百分比为合金总组成的d％，5％≤d％≤44％；硅元素，其重量百分比为合金总组成的e％，2％≤e％≤20％；以及钛元素，其重量百分比为合金总组成的f％，3％≤f％≤29％；而a％+b％+c％+d％+e％+f％≤100％。
上述的多元成分热阻合金，可包含铝元素或锆元素。其中包含铝元素时的重量百分比为合金总组成的g％，2％≤g％≤25％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+g％≤100％。而包含锆元素时的重量百分比为合金总组成的h％，6％≤h％≤43％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+h％≤100％。
本发明所应用的理论如下所述热传导性质牵涉到复杂的声子的传输特性，并与材料的微结构、晶体缺陷密切相关。本发明的多元成分热阻合金因具有非晶质微结构，其载子及声子的平均自由路径将会大幅缩短，而热传导系数也随之大幅下降。因此，本发明的多元成分热阻合金具有下述理想的热阻涂层(thermal-barrier coating；TBC)的所有材料特性(1)具有低热传导系数(k)。
(2)具有与例如镁合金压铸模具(SKD61)相近的热膨胀系数(coefficientof thermal expansion；CTE)。
(3)与基材例如SKD61能形成良好的键合(bonding)，最好是金属键(metallic bond)。
(4)降低涂层与基材在制造时产生的残余应力(residual stress)。
(5)涂层与基材之间尽可能不要产生脆性介金属相(brittle intermetallicphases)。
(6)涂层具有相对的热稳定性(约600℃)。
(7)涂层材料具机械加工性，例如研磨(grinding)或抛光(polishing)，以形成光滑的表面。
(8)涂层的材料具若干延性及韧性而能降低热疲劳(thermal fatigue)或热冲击(thermal shock)。
(9)涂层具抗热循环氧化(cyclic oxidation)性质(约600℃)。
(10)涂层材料具有约Rc40以上的硬度。
同时，本发明的多元成分热阻合金为金属材料具有可加工性，而且非晶质结构的声子热传导(phonon thermal conductivity)系数本质上为低。因此本发明的多元成分热阻合金非常适合作为低熔点薄金属板片及半固态成形件的热阻涂层材料，尤其是镁合金压铸模上的涂层材料。
本发明的多元成分热阻合金作为披覆在例如低熔点薄金属板片及半固态成形件的热阻涂层材料时，其所应用的披覆方法例如先将多元成分热阻合金以真空电弧熔炼炉熔炼制成多元成分热阻合金块材，然后将块材利用水喷粉及球磨方式制成74～125μm的多元成分热阻合金粉体，再以例如等离子熔射、高速火焰热喷涂、等离子转移电弧式熔解法、物理气相沉积法、化学气相沉积法……等等方法，将多元成分热阻合金粉体喷覆于低熔点薄金属板片或半固态成形件的金属基材上。
在将涂层披覆于SKD61镁合金压铸模具上，假设能产生足够的热阻(thermal barrier)效果需要0.5mm(毫米)的涂层，且实施时模具不能处于高温(若温度≥500℃，模具可能变形)，也或者当模具较大时需要大炉体，造成设备体积增加等问题。本发明经实验研究后选择以等离子熔射(plasma spray)技术将本发明的多元成分合金喷覆于SKD61基材上形成热阻涂层，是较适合的方法。
本发明的下列实施例是将多种常见的纯金属材料，包含钴、铬、铁、镍、硅、钛及铝或锆，利用田口实验法配制不同摩尔比的合金系统，再利用真空电弧熔炼炉(Vacuum-Arc Furnace)溶解熔炼制成多元成分合金块材。而多元成分合金块材可利用球磨方式制成多元成分合金粉体。多元成分合金粉体则可以等离子熔射(Plasma Spray)方式被喷覆于金属基材上作为热阻涂层材料。
本发明重点主要在于具低热传导系数的多元成分合金热阻材料及其涂层的开发。本实验室在多元成分合金研究上累积的实验数据及先期研究结果得知铝、钴、铁、镍及硅存在有助于合金硬度值(Hardness value，Hv)维持在Hv 900左右；铬及钛的影响不明朗。实验第一阶段以铝、铬、钴、铁、镍、硅及钛等七元素进行L827直交表田口实验得到实施例A1至A8。
图1为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的数据及其硬度值、裂缝长度量测结果，如图1所示，实施例A1至A8的合金硬度值及裂缝长度，其硬度值最低为Hv 319(A2)，最高可达Hv 1089(A3)。
图2为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的X光绕射图。如图2所示，实施例A2以FCC(face-centered cubic，面心立方)结晶相为主，实施例A3及A5以BCC(body-centred cubic，体心立方)结晶相和Cr3Si结晶相为主，其余实施例合金都形成以BCC结晶相为主的结构。
图3a为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的各元素摩尔比与硬度关系的因子反应图。图3b为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的各元素摩尔比与裂缝长度关系的因子反应图。如图3a及图3b各元素摩尔比与硬度、裂缝长度关系的因子反应图所示，铬能在增加硬度的同时减少裂痕长度，铁、铝、钛影响较小。根据上述结果，固定铁∶铝∶钛＝0.2∶1∶0.2的比例，以镍、钴、铬及硅为变量取三水准摩尔比配合L934直交表作合金配置得到实施例B1至B9。
图4为本发明的多元成分热阻合金实施例B1至B9的数据及其硬度值、裂缝长度量测结果。如图4所示，实施例B1至B9的合金硬度值及裂缝长度，其硬度值最低为Hv 741(实施例B3)，最高可达Hv 1017(实施例B9)。
图5为本发明的多元成分热阻合金实施例B1至B9的X光绕射图。如图5所示，实施例B1至B9的合金主要以BCC结晶相为主，而B8合金具有明显的Cr3Si相绕射峰。
图6a为本发明的多元成分热阻合金实施例A1至A8的各元素摩尔比与硬度关系的因子反应图。图6b为本发明的多元成分热阻合金实施例B1至B9的各元素摩尔比与裂缝长度关系的因子反应图。如图6a及图6b各元素摩尔比与硬度、裂缝长度的关系图所示，在实施例B1至B9合金中，铬能在增加硬度的同时减少裂缝长度。在实施例A1至A8合金实验数据中确认铁∶铝∶钛＝0.2∶1∶0.2；在实施例B1至B9合金实验数据中确认镍∶钴∶硅＝1∶0.6∶1。综合实施例A1至A8合金数据与实施例B1至B9合金数据，得到兼顾硬度及韧性的较佳合金组合为AlCo0.6CrFe0.2Ni0.2Si0.2Ti0.2与AlCo0.6CrxFe0.2NiSiTi0.2。
再以上述所决定的AlCo0.6CrxFe0.2NiSiTi0.2多元成分合金，仅改变铬摩尔比进行合金配置，得到实施例C1至C4。图7为本发明的多元成分热阻合金实施例C1至C4仅改变铬的数据及其硬度值、裂缝长度量测结果。如图7所示，实施例C1至C4的硬度值及裂缝长度，硬度值最低为Hv 888(实施例C1)，最高可达Hv 1045(实施例C3及实施例C4)，以硬度及裂缝长度综合表现得知，实施例C1与C3两种成分表现较佳。
图8为本发明的多元成分热阻合金实施例C1至C4的X光绕射图。如图8所示，实施例C1至C4的合金主要由BCC和Cr3Si两种结晶相组成。随着铬摩尔比增加，有序的BCC绕射峰(100)渐渐消失。待均质化处理后，Cr3Si相绕射峰比较清楚。
由实施例C1至C4合金硬度及裂缝长度综合表现结果得知，实施例C1与C3两种成分表现较佳。再综合实施例A1至A8及实施例B1至B9合金两组实验数据，发现B8也具高硬度且具最小裂缝长度。
图9为本发明的多元成分热阻合金实施例C1、C3及B8三种成分的硬度值与裂缝长度。如图9所示，实施例B8合金硬度值虽然没有实施例C1合金及实施例C3合金的硬度值高，但仍有Hv 880的水准。实施例B8合金经压痕测试后的裂缝长度只有48μm(微米)，远小于实施例C1合金及实施例C3合金的裂缝长度。因此，选取实施例B8合金AlCo0.6CrFe0.2Ni0.2Si0.2Ti0.2做为涂层材料，以等离子熔射将实施例B8合金喷覆于镁合金压铸模具材料(SDK61)表面上。
图10为本发明的多元成分热阻合金实施例喷覆于金属基材上作为热阻涂层材料实验流程图。如图10所示，在SKD61镁合金压铸模具基材的准备上，先将SKD61镁合金压铸模具基材100表面作机械加工102，并在SKD61镁合金压铸模具基材100表面作吹砂104处理(Ra＝7.5)。将吹砂104后的SKD61镁合金压铸模具基材100作淬火及两次回火的模具钢标准热处理106，结束后再做补充吹砂108(Ra＝7.0)。另一方面，将实施例B8的多元成分合金块材101用不锈钢坩埚打碎至700μm颗粒后，置入球磨(ball miller)中做球磨制粉103，以干式球磨方式将多元成分合金块材101研磨成粒径为74～125μm的粉体。其中所用的容器内衬及球磨所使用的小球材料皆是采用氧化锆。
图11为本发明的多元成分热阻合金实施例以等离子熔射喷覆于金属基材上的等离子熔射参数，如图10的流程且以图11的等离子熔射参数，将实施例B8的多元成分合金块材101所研磨成的粉体，利用等离子熔射110技术将粉体喷覆于表面处理完后的SKD61镁合金压铸模具基材100吹砂表面上。将喷覆多元成分合金后的SKD61镁合金压铸模具基材100经过温度600℃及时间2小时的真空热处理120，以仿真使用条件，做后续的涂层性质分析130。
图12为本发明的多元成分热阻合金实施例B8合金粉体和涂层在未经过真空热处理及经过热处理后的X光绕射图。如图12及经由计算得知，实施例B8合金结晶度下降了34％，结晶度成为66％。显示粉体经由等离子熔射的后，涂层趋于非晶质相(amorphous phase)。经过热处理后，实施例B8合金的结晶度上升8％，结晶度成为74％。实施例B8的多元成分合金涂层经过热处理600℃退火的后，结构没有产生明显结晶化现象，热处理后的涂层仍具有相稳定性。
图13为本发明的多元成分热阻合金实施例B8的多元成分合金涂层的性质。由图13及配合图12的X光绕射图中可知，等离子熔射技术可以使实施例B8多元成分合金涂层趋向于形成非晶质结构，使得热传导系数低到约3.24W/mK。
本发明的多元成分热阻合金，可以真空电弧熔炼炉溶解熔炼制成多元成分合金块材。而多元成分合金块材可利用球磨方式制成多元成分合金粉体。多元成分合金粉体则可以等离子熔射(Plasma Spray)方式被喷覆于金属基材上作为热阻涂层材料。本发明的多元成分热阻合金作为热阻涂层材料在经等离子熔射技术后，仍趋向于形成非晶质结构，而具有低的热传导系数。
图14为本发明的多元成分热阻合金实施例D1的材料成份。本发明的多元成分热阻合金，可包括铝元素或锆元素，现将实施例B8的多元成分合金成分中的铝元素置换成锆元素，可得到如图14所示的实施例D1的多元成分热阻合金。实施例D1所应用的理论为，锆元素的半径(rZr＝1.45)略高于铝元素的半径(rAl＝1.43)，理论上材料可能较容易形成非晶质态，且锆的热传系数较铝小。
图15为本发明的多元成分热阻合金实施例D1多元成分合金粉体和涂层在未经过真空热处理及经过热处理后的X光绕射图。如图15及由计算得知，实施例D1材料结晶度下降了85％，结晶度成为15％。显示实施例D1粉体经由等离子熔射之后，涂层强烈倾向形成非晶质态。经过热处理后，实施例D1材料结晶度上升9％，结晶度成为24％。实施例D1多元成分合金涂层与实施例B8多元成分合金涂层相同，再经过热处理600℃退火之后，结构同样没有产生明显结晶化现象，涂层也具有相稳定性。且实施例D1材料在经过等离子熔射后有氧化的现象，使得粉体中的锆元素经高温氧化后，二氧化锆(ZrO2)的绕射峰变明显。
图16为本发明的多元成分热阻合金实施例D1多元成分合金涂层的性质，由图16及配合图15的X光绕射图中可知，等离子熔射技术同样可以使实施例D1多元成分合金涂层趋向于形成非晶质结构，而且非晶质的倾向更强烈，使得热传导系数低到约3.14W/mK，比实施例B8(3.24W/mK)多元成分合金涂层更低。
本发明的多元成分热阻合金，以锆元素取代铝元素时，除了理论上锆的热传系数较铝小外，在实际作为热阻涂层材料，经等离子熔射技术后，仍趋向于形成非晶质结构，而具有低的热传导系数，涂层也具有相稳定性。
图17为本发明的多元成分热阻合金实施例B8、D1与SKD61热作模具钢的性质比较。如图17所示，实施例B8涂层的硬度平均值为Hv 580，实施例D1涂层的硬度平均值为Hv 722，皆高于SKD61模具钢基材的硬度Hv 450。且实施例B8涂层的接口残余应力为+17.99 Mpa，小于界面的键合强度。实施例B8、实施例D1多元成分合金涂层的热传导系数比SKD61模具钢的热传导系数约低一个级数。
图18为本发明的多元成分热阻合金做为低导热模具的涂层的金属填充性试验。如图18所示，有喷覆本发明的多元成分热阻合金的模具，其填充比例皆高于未喷覆本发明的多元成分热阻合金的模具，尤其在较低的压铸铸塞速度(0.1m/s、0.2m/s)其填充比例更是具有大幅提升的效果。
因此本发明的多元成分热阻合金，做为热阻涂层材料比SKD61模具钢具有更好的保温效果。本发明的多元成分热阻合金，做为热阻涂层时仍是金属材料，故可比陶瓷具有更好的加工性，而其热传导系数也可以达到陶瓷材料的水准。
本发明的多元成分热阻合金，为具有低热传导系数的多元成分合金的热阻材料，有别于现有技术以氧化物与碳化物为主的热阻材料，本发明完全以纯金属元素制成，也未添加任合稀有元素，可降低热阻材料的制造成本。
本发明的多元成分热阻合金利用本身的非晶质结构，及其因为原子尺寸差异所造成的晶格扭曲，使得声子与载子移动受到阻碍，大大降低声子与载子的平均自由路径，让本发明的多元成分热阻合金具有与陶瓷相近的热传导系数。
本发明可运用于低熔点金属薄件压铸成形模具上，例如镁合金机壳压铸成形。目前，压铸成形模具以SKD61热作模具钢为主，本发明的多元成分热阻合金为金属材料，具有与SKD61相近的热膨胀系数，模具基材与合金涂层的间的残余应力极低，不会造成剥离的现象。
本发明的多元成分热阻合金因为金属材料，比起陶瓷热阻材料更具有较佳的延性及韧性，也更具有良好的机械加工性。
本发明将多元成分热阻合金披覆于金属基材上，比陶瓷材料披覆于金属基材上时，更能抵抗压铸成形及半固态成形时的热循环过程，增加低熔点薄金属板片及固态成形件的成形合格率及模具使用寿命。
除了避免上述问题外，本发明由于可被应用于等离子熔射技术上，因此也避免了当模具较大时需要大炉体的问题，可减低制程设备的成本。
本发明不同于氧化物涂层的披覆，在等离子熔射喷覆过程中，基材并不需要加热，携带气体以相当高的加速度将多元成分合金熔融颗粒撞击基材，撞击过程中有相高的动能及热能转换，在基材表面产生局部高温，使得涂层与基材的间具有相当好的键合(bonding)，涂层更具有相当高的致密度。
本发明的多元成分热阻合金可运用在NB、PC、手机、数字相机……等等3C商品的薄璧机壳压铸模具及半固态成形模具的隔热涂层。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种多元成分热阻合金，其特征在于，包括有钴元素，其重量百分比为合金总组成的a％，6％≤a％≤41％；铬元素，其重量百分比为合金总组成的b％，5％≤b％≤36％；铁元素，其重量百分比为合金总组成的c％，4％≤c％≤38％；镍元素，其重量百分比为合金总组成的d％，5％≤d％≤44％；硅元素，其重量百分比为合金总组成的e％，2％≤e％≤20％；以及钛元素，其重量百分比为合金总组成的f％，3％≤f％≤29％；其中a％+b％+c％+d％+e％+f％≤100％。
2.根据权利要求1所述的多元成分热阻合金，其特征在于，包括一铝元素或一锆元素。
3.根据权利要求2所述的多元成分热阻合金，其特征在于，该铝元素的重量百分比为合金总组成的g％，2％≤g％≤25％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+g％≤100％。
4.根据权利要求2所述的多元成分热阻合金，其特征在于，该锆元素的重量百分比为合金总组成的h％，6％≤h％≤43％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+h％≤100％。
5.一种具有多元成分热阻合金层的模具，其特征在于，包括有一金属基材；及一多元成分热阻合金层，披覆于该金属基材上。
6.根据权利要求5所述的具有多元成分热阻合金层的模具，其特征在于，该金属基材包括为薄璧机壳压铸模具的金属基材及半固态成形模具的金属基材。
7.根据权利要求5所述的具有多元成分热阻合金层的模具，其特征在于，该多元成分热阻合金层的材料，包括有钴元素，其重量百分比为合金总组成的a％，6％≤a％≤41％；铬元素，其重量百分比为合金总组成的b％，5％≤b％≤36％；铁元素，其重量百分比为合金总组成的c％，4％≤c％≤38％；镍元素，其重量百分比为合金总组成的d％，5％≤d％≤44％；硅元素，其重量百分比为合金总组成的e％，2％≤e％≤20％；以及钛元素，其重量百分比为合金总组成的f％，3％≤f％≤29％；其中a％+b％+c％+d％+e％+f％≤100％。
8.根据权利要求7所述的具有多元成分热阻合金层的模具，其特征在于，该多元成分热阻合金层的材料包括一铝元素或一锆元素。
9.根据权利要求8所述的具有多元成分热阻合金层的模具，其特征在于，该铝元素的重量百分比为合金总组成的g％，2％≤g％≤25％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+g％≤100％。
10.根据权利要求8所述的具有多元成分热阻合金层的模具，其特征在于，该锆元素的重量百分比为合金总组成的h％，6％≤h％≤43％，而a％+b％+c％+d％+e％+f％+h％≤100％。
全文摘要
本发明涉及一种多元成分热阻合金及具有多元成分热阻合金层的模具，此合金中每一元素重量百分比小于45％；此合金的结构为非晶质结构，非晶质结构的声子热传导本质上为低，因此合金为具低热传导系数的金属材料，具有热稳定性，可增加压铸模具的保温性，提升低熔点薄金属板片的成形合格率及稳定性，且适合作为压铸模具上的热阻涂层材料。
文档编号C23C30/00GK1990892SQ200510137689
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者陈溪山, 杨智超, 翁鋕荣, 陈超明 申请人:财团法人工业技术研究院