专利名称：射出成型机用螺杆的一种新型表面处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，特别是一种耐腐蚀性及耐磨性的射出成型机用螺杆的表面处理工艺。
背景技术：
射出成型机在进行塑化时，需要将射料筒内的固体颗粒原料从入料口送至注射口。通常，射料筒装置中有一螺杆用以推进原料前进，螺杆在射料筒内会不停地转动挺进，使得原料能够在射料筒中均匀塑化，并保持流体的状态。螺杆在料筒内高速转动，处在一种高温、高压、高的机械扭力、高的摩擦环境以及腐蚀环境下工作，因此在使用一段时间过后，螺杆上的螺棱会严重的耗损，因而减损了螺杆以及整个射出成型机的寿命。为此，现有发展出一些技术，在螺杆表面上进行若干处理，例如是渗氮处理或者是电镀金属处理，以延长螺杆的使用寿命。然而，这些技术都无法同时达到高耐腐蚀性以及高耐磨耗的要求。
发明内容
本发明于是提出一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，能同时满足螺杆耐腐蚀性以及耐磨耗性的需求。根据本发明的一个实施例，本发明提供了一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于具有一螺杆基材，接着形成一化学镀层或电化学镀层以及一物理气相沉积层，其中化学镀层或电化学镀层设置在螺杆基材上，而物理气相沉积层则设置在化学镀层或电化学镀层的表面上。本发明由于使用化学镀层或电化学镀层以及物理气相沉积层，故能同时具有两者的优点，具有耐腐蚀性以及耐磨性的需求，可有效延长螺杆的寿命。
图1所示为本发明一种高耐腐蚀性及高耐磨性的射出成型机的螺杆的示意图。图2所示为图1中螺杆区域A的放大示意图。图3至图5所示为本发明与已知处理技术对于抗腐蚀性的比较示意图。其中，附图标记说明如下:100螺杆基材104化学镀层或电化学镀层101螺棱106物理气相沉积层102 螺槽
具体实施例方式为使熟知本发明所属技术领域的一般技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的优选实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图1，所示为本发明一种耐腐蚀性及耐磨性的射出成型机的螺杆的示意图。如图1所不，螺杆100为一长形柱状结构,其表面具有一螺棱101以及位于螺棱101间的一螺槽102。于本发明优选实施例中，螺槽102具有一横截面为弧形的槽，使得螺杆100在出料管(图1中未示)中转动时，原料能沿着螺槽102内缓缓向出料口移动。本发明螺杆100优选为金属材质，例如SACM645、SKD61、SKH-9、38CrMoAl、40Cr等，但不以上述为限。螺杆100的作用是对塑料进行输送、压实、熔化、搅拌和施压，塑料及硬质填充物(如玻璃纤维等)对螺杆的磨损非常之大，因此具有高的耐磨性是必需的；此外，螺杆100在工作时，塑胶原料会释放出腐蚀性气体，因此具有耐腐蚀的特性也是基本的需求。因此，本发明提供了一种既能耐腐蚀而又具有高耐磨特性的螺杆，以符合目前工业工艺的标准。请参考图2，所示为图1中螺杆区域A的放大示意图。如图2所示，本发明的螺杆100的表面具有一化学镀层或电化学镀层104以及一物理气相沉积(physical vapordeposition, PVD)层106。于本发明优选实施例中，化学镀层或电化学镀层104会镀在螺杆100的整个表面，包括螺棱101以及螺槽102的表面；而物理气相沉积层106则设置在镀层104的表面，并均匀地覆盖在镀层104上。本发明的化学镀层或电化学镀层104所形成的厚度可以达到I至50微米(micro meter),较佳为5至20微米,且其硬度为维式硬度(Vickers HardnesS)HVQ.Q25500至1200间。化学镀层或电化学镀的物质例如是镍(Ni)、铬(Cr)等，但不以上述为限。 本发明优选的化学镀层或电化学镀层104物质是镍，因为镍能够提够较佳的耐腐蚀性，制作工艺较为成熟，且镀镍层与PVD层106具有较好的结合力。化学镀镍的具体步骤，举例来说，首先包含一除油步骤，例如用超声波在70°C清洗10分钟，溶液配方为:氢氧化钠30-40g/L，碳酸钠20-30g/L，三聚磷酸钠20_30g/L，0P-10乳化剂l_2ml/L0接着，进行一除锈步骤，可选用2.5Kg气压，280#的玻璃珠进行喷砂处理。然后，进行一酸液活化处理，活化是使零件能获得充分活化的表面，这种酸蚀对于不同材质的零件所用的酸液是不同的。本实验采用1: 4稀盐酸；温度:室温；时间:10-20秒。一般要求当工件表面有大量细小均匀气泡溢出时停止活化。最后进行一镀镍步骤，化学镀镍镀液主要成分有硫酸镍、次磷酸钠、醋酸钠、络合剂、光亮剂、纯水等原料，温度85-90°C。镀镍层厚度可通过时间来控制。于本发明另一实施例中，电化学镀镍的除油和除锈步骤与化学镀镍的步骤相同。最后一步电化学镀镍步骤，镀液主要成分为硫酸镍150-250/g.L_\氯化钠8-10/g.L'硼酸 30-35/g.L'硫酸钠 60-80/g.L'硫酸镁 50-80/g.L—1，pH 值 4.8-5.4，温度 15-35/。。，阴极电流密度0.8-1.5/A.dm_2，时间依电镀层厚度而定。接着，在形成了化学镀层或电化学镀层104后，随即在镀层104上形成一物理气相沉积层106。于本发明优选实施例中，物理气相沉积层106的厚度大约为I至10微米，较佳为3至6微米。物理气相沉积的物质例如是钛(Ti)、氮(N)、碳(C)、硅(Si)、锆(Zr)、铬(Cr)、铝(Al)等，但不以上述为限。本发明的物理气相沉积层106的制造工艺包含空心阴极放电镀膜(hollow cathode discharge,HCD)、电弧(ARC)镀膜或者派射(sputtering)镀膜等，但不以上述为限。举例一，若以电弧镀膜的方式，可用铬铝(CrAl)靶材，在400°C、-80V偏压、100A偏电流、I帕气压、500SCCM的N2流量条件下沉积I小时，得到4微米的氮化铬铝(CrAlN)涂层，表面硬度为HVaQ253000-4000，优选为3200-3800，最佳为3400至3600。举例
二，若以空心阴极放电镀膜的方式，可用钛(Ti)块，在380°C、-80V偏压、160A偏电流、0.8帕气压、500SCCM的N2流量条件下沉积I小时，得到3微米的氮化钛(TiN)涂层，表面硬度为HVa(l252300。值得注意的是，本领域的技术人员都应了解，前述所列举的化学镀或电化学镀步骤与物理气相沉积步骤仅为本发明其中的一种实施方式，本发明的化学镀或电化学镀步骤与物理气相沉积步骤不以上述为限，只要是以化学镀或电化学镀与物理气相沉积相结合来形成的镀层，都应属本发明的权利要求的范围。本发明所形成的螺杆100，表面上具有化学镀或电化学镀层104以及物理气相沉积层106，可以具有较佳的耐腐蚀性以及耐磨性。现有的螺杆处理技术，例如渗氮处理、镀铬处理、或者单独的物理气相沉积处理，都无法达到本发明既能抗腐蚀又能抗磨的功效。请参考图3至图5，所示为本发明与已知处理技术对于耐腐蚀性的比较示意图，图3至图5为螺杆经各种表面处理后，浸泡在18%的盐酸(HCl) 10分钟后，以显微镜观察的示意图。其中，图3为已知技术中，螺杆经渗氮处理的实施例，图4为已知技术中，螺杆经单独PVD沉积氮化铬铝(CrAlN)处理的实施例，图5为本发明先化学镀镍后再物理气相沉积氮化铬铝(CrAlN)的实施例。如图3以及图4所示,经渗氮或者单独PVD沉积氮化铬招(CrAlN)处理的螺杆明显的会被盐酸溶液所侵蚀，而有锈斑的产生。而相较于本发明先化学镀镍再沉积氮化铬铝(CrAlN)的实施例方式，则是没有观察到有被腐蚀的迹象，证明本发明所提供「先化学镀再物理气相沉积」处理后的螺杆，可以具有较佳的抗腐蚀能力。同样的，本发明所形成的物理气相沉积层106，其维式硬度高达HVa(l252000-4000间，亦可以具有高硬度的表现，可延长螺杆100的整体寿命。此外，本发明的精神在于结合“化学镀层或电化学镀层以及物理气相沉积层”两者的优点，而具有高耐磨以及高耐腐蚀性的特性。因此本发明的螺杆100，其实施态样不限于前述仅有单层镀层104以及单层物理气相沉积层106的方式。举例来说，亦可能具有两层或两层以上相同或不同材质的化学镀层或电化学镀层104，然后再其上形成两层或两层以上物理气相沉积层106，以希望能增加螺杆100本身的抗腐蚀能力或者抗磨损能力。并且，由于“化学镀层或电化学镀层以及物理气相沉积层”已经具有高耐磨以及高耐腐蚀性，因此螺杆100本身所选用的基体材质可以不耐磨与不耐腐蚀。综合以上描述，本发明提出的一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，结合了化学镀层或电化学镀层以及物理气相沉积层，故能同时具有两者的优点，具有耐腐蚀性以及耐磨性的特性，可有效延长螺杆的寿命，也能节省工艺的成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于包含: 提供一螺杆基材； 进行一化学镀工艺或电化学镀工艺，以形成一化学镀层或电化学镀层镀于该螺杆基材上；以及 进行一物理气相沉积工艺，以形成一物理气相沉积层镀在该化学镀层或电化学镀层上。
2.如权利要求1所述的射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于该物理气相沉积层是直接生长在该镀化学镀层或电化学镀层的表面上。
3.如权利要求1所述的一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于该化学镀层或电化学镀层包含镍或铬。
4.如权利要求1所述的一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于该化学镀层或电镀层的厚度实质上介于5至20微米之间。
5.如权利要求1所述的一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于该化学镀层或电化学镀层的硬度实质上介于维式硬度HVa(l25500-1200间。
6.如权利要求1所述的一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于该物理气相沉积层包含钛、氮、碳、硅、锆、铬或铝。
7.如权利要求1所述的一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征在于该物理气相沉积层的厚度实质上介于I至10微米之间。
8.如权利要求1所述的一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺， 其特征在于该物理气相沉积层的硬度实质上介于维式硬度HVa(l252000-4000间。
全文摘要
本发明公开了一种射出成型机用螺杆的表面处理工艺，其特征是在一螺杆基材上形成一化学镀层或电化学镀层以及一物理气相沉积层，其中化学镀层或电化学镀层镀在螺杆基材上，而物理气相沉积层则镀在化学镀层或电化学镀层的表面上。本发明由于同时使用化学镀层或电化学镀层以及物理气相沉积层，故能同时具有两者的优点，具有耐腐蚀性以及耐磨性的需求，可延长螺杆的使用寿命。
文档编号B29C45/60GK103103524SQ20111035770
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者袁安素, 沈学忠, 余东海 申请人:超晶科技有限公司, 纳诺人工晶体(平湖)有限公司, 东莞瀚晶纳米材料有限公司, 台州超晶人工晶体有限公司, 常州超晶人工晶体有限公司, 重庆超晶人工晶体有限公司