一种利用纳米涂层提高脱模剂涂覆均匀性的方法
技术领域
本发明涉及涂层和工业制造
技术领域
，具体是涉及一种利用纳米涂层提高脱模剂涂覆均匀性的方法。背景技术
金属模具表面结构的复形通常是利用精密电铸工艺来获得。模具表面精度依赖于电铸脱模质量。在电铸脱模过程中，芯模与复制件间结合力过大会引起模具表面功能结构损坏，因此，在电铸前需要在芯模表面涂覆一层脱模剂用于脱模。重铬酸钾溶液是一种工业中常见的辅助电铸脱模的脱模剂，但其在具有结构的模具表面涂覆过程中会出现不均匀现象，进而会引起模具电铸脱模过程中难以脱模或脱模后模具表面微结构局部损坏现象，造成模具表面精度下降，同时损坏芯模。其主要原因是金属芯模表面的亲水性差，导致重铬酸钾溶液以液滴的形式分布在模具表面，加上表面结构的存在，仅仅形成局部防粘附效果。针对在水溶液中难以分散的脱模剂，为增加脱模剂涂覆均匀性，昆明理工精诚科技有限责任公司和昆明理工大学利用改进的涂覆装置来增加脱模剂与水溶液的混合均匀性(一种均匀涂覆脱模剂的装置,201921244397.3)。资料表明，金属表面沉积一层Cr的氧化物薄膜可以增加固体表面能(李楠楠.等离子喷涂Cr2O3基涂层表面自由能与摩擦学性能研究，2016)。重铬酸钾易溶于水，为实现重铬酸钾溶液在模具表面的涂覆均匀性，本发明利用物理沉积方法，在芯模表面沉积一层纳米厚度的Cr薄层，形成的Cr2O3可以增加芯模的表面能，即增加表面的亲水性，在此基础上，实现重铬酸钾溶液的涂覆均匀，此方法不仅可以延长芯模的使用寿命，同时极大提高铸件表面质量。
发明内容
本发明的目的在于提供通过在芯模表面利用物理沉积(包括磁控溅射、等离子喷涂或者蒸镀)的方式沉积一层纳米厚度Cr薄膜以增加表面能，从而提高重铬酸钾脱模剂涂覆均匀性的一种利用纳米涂层提高脱模剂涂覆均匀性的方法。
本发明包括以下步骤：
1)配制重铬酸钾脱模剂溶液：在烧杯中加入去离子水，将重铬酸钾粉末加入烧杯中，搅拌；
2)Cr涂层的制作：将清洗干净的芯模固定在磁控溅射仪的溅射仓旋转台上，关闭仓门，打开循环冷水机及机械泵，对溅射仓进行抽真空，达到所需真空度后开启分子泵，通入氩气后打开电源进行溅射，利用膜厚仪监测沉积膜厚大小。
在步骤1)中，所述去离子水的温度可为20～25℃；所述重铬酸钾的加入量按质量百分比可为去离子水的5％～10％；所述重铬酸钾的质量-体积浓度可为50g/L～100g/L；所得溶液可在20～25℃条件下静置1h。
在步骤2)中，所述循环冷水机的温度可为20～25℃；所需真空度可为5.4×10-2～7.3×10-2Pa；分子泵转速为90000r/min；氩气流量可为30～50sccm；溅射功率可为150～250W，基底加热温度可为30～50℃，溅射时间可为15～30s，样品台转速可为10～20rpm，沉积Cr薄膜厚度在5～20nm。
本发明通过在芯模表面沉积纳米厚度Cr薄膜，对表面进行改性，提高芯模表面能，进而有利于重铬酸钾溶液在铜模表面附着，实现涂覆均匀性，为芯模电铸脱模提供更有利的条件，提高铸件表面质量。
本发明具有以下突出的技术效果：
1)在生产中能够方便地利用直流电源和显示面板调节溅射参数。
2)溅射方法制作的Cr涂层均匀性良好。
3)能减少脱模剂涂覆时间。
4)对于不同材料芯模，通过调整Cr涂层溅射时间、功率等参数优化控制重铬酸钾溶液的涂覆均匀性，进而优化电铸脱模力的大小和脱模质量。
5)对于微结构光学薄膜铜芯模，实施简单，脱模后可获得镜面级表面质量，粗糙度在10纳米以下，极大提高光学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1～3中使用的透镜阵列结构芯模(铜)图。
图2为本发明实施例1中重铬酸钾脱模剂直接涂覆在透镜铜模表面分布图。
图3为本发明实施例1中在透镜铜模有一层Cr涂层时重铬酸钾脱模剂涂覆后表面分布图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
配制重铬酸钾脱模剂溶液：根据图1中透镜结构表面积，称量重铬酸钾5g，温度20℃，烧杯中加入去离子水100mL，充分搅拌，静置1h。
铜模的前处理：将铜模用醋酸进行活化，用丙酮进行去脂处理，之后用去离子水冲洗干净，进行风干。
Cr涂层的制作：将清洗干净的铜模放入磁控溅射仪(可采用型号为VTC-600-3HD)的溅射仓中，关闭阀门，打开冷水机和控制面板，启动机械泵进行抽真空，调节直流电源功率为150W，时间为15s，调节控制面板基底加热温度为35℃，样品台转速为12rpm，氩气流量为35sccm，利用磁控溅射仪附带的石英晶体膜厚监测仪(Quartz Crystal Microbalance，简称QCM，型号为EQ-TM106)测试Cr薄膜厚度平均值为5.5nm。
涂覆重铬酸钾溶液：一是将配置好的重铬酸钾溶液涂覆在未经改性的铜模表面，静置5min后，倾倒铜模表面重铬酸钾溶液，待表面干燥后用光学显微镜观察表面，如图2所示。二是将配置好的重铬酸钾溶液涂覆在沉积有Cr涂层的铜模表面，静置15s后，喷淋在铜模表面重铬酸钾溶液，待表面干燥后用光学显微镜观察表面，如图3所示。对比图2和图3可以看出，直接在铜模表面涂覆重铬酸钾脱模剂溶液表面分布非常不均匀，通过沉积Cr涂层后极大地提高涂覆均匀性。
实施例2
配制重铬酸钾脱模剂溶液：根据图1中透镜结构表面积，称量重铬酸钾8g，温度25℃，烧杯中加入去离子水100mL，充分搅拌，静置1h。
铜模的前处理：将铜模用醋酸进行活化，用丙酮进行去脂处理，之后用去离子水冲洗干净，进行风干。
Cr涂层的制作：将清洗干净的铜模放入磁控溅射仪(型号为VTC-600-3HD)的溅射仓中，关闭阀门，打开冷水机和控制面板，启动机械泵进行抽真空，调节直流电源功率为200W，时间为18s，调节控制面板基底加热温度为40℃，样品台转速为16rpm，氩气流量为40sccm，利用磁控溅射仪附带的石英晶体膜厚监测仪(Quartz Crystal Microbalance，简称QCM，可采用型号为EQ-TM106)测试Cr薄膜厚度平均值为8.5nm。
涂覆重铬酸钾溶液：一是将配置好的重铬酸钾溶液涂覆在未经改性的铜模表面，静置8min后，倾倒铜模表面重铬酸钾溶液，待表面干燥后用光学显微镜观察表面。二是将配置好的重铬酸钾溶液涂覆在沉积有Cr涂层的铜模表面，静置20s后，倾倒铜模表面重铬酸钾溶液，待表面干燥后用光学显微镜观察表面。对比二者结果，直接在铜模表面涂覆重铬酸钾脱模剂溶液表面分布非常不均匀，通过沉积Cr涂层后极大地提高涂覆均匀性。
实施例3
配制重铬酸钾脱模剂溶液：根据图1中透镜结构表面积，称量重铬酸钾10g，温度30℃，烧杯中加入去离子水100mL，充分搅拌，静置1h。
铜模的前处理：将铜模用醋酸进行活化，用丙酮进行去脂处理，之后用去离子水冲洗干净，进行风干。
Cr涂层的制作：将清洗干净的铜模放入磁控溅射仪(型号为VTC-600-3HD)的溅射仓中，关闭阀门，打开冷水机和控制面板，启动机械泵进行抽真空，调节直流电源功率为250W，时间为20s，调节控制面板基底加热温度为45℃，样品台转速为20rpm，氩气流量为45sccm，利用磁控溅射仪附带的石英晶体膜厚监测仪(Quartz Crystal Microbalance，简称QCM，型号为EQ-TM106)测试Cr薄膜厚度平均值为10.5nm。
涂覆重铬酸钾溶液：一是将配置好的重铬酸钾溶液涂覆在未经改性的铜模表面，静置10min后，倾倒铜模表面重铬酸钾溶液，待表面干燥后用光学显微镜观察表面。二是将配置好的重铬酸钾溶液涂覆在沉积有Cr涂层的铜模表面，静置20s后，倾倒铜模表面重铬酸钾溶液，待表面干燥后用光学显微镜观察表面。对比二者结果，直接在铜模表面涂覆重铬酸钾脱模剂溶液表面分布非常不均匀，通过沉积Cr涂层后极大地提高涂覆均匀性。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
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