C_8_3碳化钨模具经物理蒸镀氮化铬镀膜对其磨耗特性影响之研究.PDF

一、 緒論 根據統計資料顯示[1,2] ，我國製造業年產值約5~6 兆元，其中模具關聯產業 比例高達56 % ；台灣模具工業產值在2000 年為481.4 億元，於 1998 年更達604 億元，居世界第四位，僅次於日本，出口比率26 % 為第二大模具輸出國，故模具 實為我國重要產業之一，其中又以沖壓模及塑膠射出成形模為最大的兩種，分別 佔有36%及45%的產值；另外，目前國內產業中，以電腦、通信及家電（3C ）所 佔比率為最高，達40%以上，而未來隨著3C 產業持續成長，幾年內3C 產業之比 率將可達約 60%以上，而此一產業均以沖壓模具與沖射複合模具為主，故可見沖 壓模具與沖射複合模具為我國模具產業中極為重要且極具發展之潛力。 在沖壓模具邁向精密化、自動化及高速化的未來趨勢下，目前模具面臨的問 題有：設計分析、材料選用、模具CAM 加工及壽命提昇等[2,3] ，隨著電子、電機、 通訊、光電等高科技產業的蓬勃發展，機械加工用的模具要求越來越嚴苛，傳統 的模具製造技術已不敷使用，必須發展新的製造技術，然而沖壓模具處理主要目 的在提高模具壽命及表面性質[3] ，因此本研究針對銅合金之3C 產品，如導線架、 繼電器及連結器等之碳化鎢（WC ）模具材料施行陰極電弧電漿物理蒸鍍（Cathodic Arc Plasma Deposition ，CAPD ）之表面處理，再者，由相關文獻[4-7] 中得知：氮 化鉻（CrN ）鍍層硬度值約為Hv 1800~2200 ；耐氧化溫度可達700℃；被覆厚度可 達50 微米；磨擦係數等於或小於TiN ；韌性及密著性優於TiN ；表面會形成氧化 鉻薄膜，提升模具抗氧化性且與銅親和力較差，相當適合應用於銅合金產品之加 工，因此本研究以氮化鉻薄膜為主要研究對象，探討碳化鎢模具經物理蒸鍍氮化 鉻鍍膜後 ，各製程參數對其磨耗特性之影響，並利用田口實驗方法尋求適合之製 程參數 ，以提高模具材料之機械性質及延長使用壽命。 1 二、 文獻探討 2.1 薄膜製程 自1971 年Battle Geneva[8]利用化學氣相沉積法（CVD ）將氧化鋁 鍍膜沉積於碳化鎢上，化學氣相沉積法或是物理氣相沉積法便被廣泛運 用在碳化鎢工件上，以延長使用壽命及提高機械性能。 2.1.1 化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition ，CVD ） 化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition ，CVD ）[9]乃是利用一種 或多種反應氣體通入加熱的反應爐，使產生熱分解、合成之化學反應， 在模具表面鍍上一層硬質膜，以增加模具之耐磨耗性、耐蝕性及離型 性，提高使用壽命，其特點[9-11] ：鍍層厚度均勻，可鍍形狀複雜或有 細孔狹縫之模具；處理溫度約在1000℃，基材所含元素會產生擴散與化 學反應，於鍍層與基材間形成擴散層，增加鍍層附著力；可蒸鍍材料範 圍廣，可鍍多元合金等優點，不過由於其處理溫度高，易造成模具尺寸 變化及硬度下降，往往需再施行淬、回火處理，增加成本，因此針對精 密模具尺寸穩定性之考量，發展屬低溫製程之物理氣相沉積技術有其必 要性。 2.1.2 物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition ，PVD ） 物理氣相沉積(PVD)[12]技術自 1980 年已廣泛應用於模具硬膜被覆 處理[13-15] ，以提昇模具之耐磨性及壽命。與CVD 法相比時，PVD 法 的優點[12,16-18]是：採用了真空蒸發和電漿活化技術，因而使得其製程 溫度大為降低（低於攝氏500 度），工具或模具不會因高溫而造成變形， 影響尺寸精度；蒸鍍速度快﹔鍍膜的附著性好；鍍膜組織也較緻密、無 2 公害等，所以已被廣泛地應用於各種材料之處理上。物理氣相蒸鍍(PVD) 法可分為真空蒸鍍、真空濺射和離子蒸鍍等三種類型[19] ，許多其他的 PVD 法都是