TWI505881B - 改善金屬鑄造模具脫模效果的方法 - Google Patents

Description

改善金屬鑄造模具脫模效果的方法

本發明攸關一種鑄造金屬固體的方法，一方面可以改善金屬鑄造模具脫模的效果，另一方面可以改善鑄造得到之金屬固體的性能。

「鑄造」是目前工業技藝相當普遍的一種金屬成形方式。以鉛固體為例，首先，於高溫下熱熔融處理待處理的鉛塊，以獲得熔融態鉛液。接著，將一具有模穴的鑄造模具浸至於熔融態鉛液中，使熔融態鉛液填滿鑄造模具的模穴。之後，自鉛液中取出鑄造模具並冷卻鑄造模具之模穴內的熔融態鉛液，以形成鉛固體，最後，從鑄造模具的模穴中脫模取出鉛固體。但於脫模取出鉛固體時，時常不易將鉛固體從鑄造模具的模穴中脫模取出，所以使用鑄造模具前另先噴塗一離型劑於鑄造模具之模穴的表面，一般常見的離型劑有硼、氮化硼、矽油或其他等效的易揮發液體。

以往是噴塗離型劑於鑄造模具之模穴的表面，因此離型劑與鑄造模具之模穴的表面間所形成的附著力相當不牢固，於脫模取出鉛固體時，離型劑會隨著鉛固體自鑄造模具的模穴中剝離，甚至可能沾染於鉛固體。多次使用後，鑄造模具之模穴的表面可能無殘留離型劑，必須重新噴塗。而且，多次噴塗離型劑於鑄造模具之模穴的表面後，鑄造模具之模穴的形狀及尺寸將會不一，導致鉛固體的形狀及尺寸無法規格化。此外，離型劑沾染於鉛固體，鉛固體的性能將受影響，舉例而言，當鉛固體用於鉛蓄電池時，鉛固體的電阻值將會上升，因而降低鉛蓄電池的電性表現。

職是之故，設計一種改善金屬鑄造模具脫模效果的方法，使得離型劑 不易自鑄造模具剝離，且鑄造得到的金屬固體不會沾染有離型劑，而不影響鑄造得到之金屬固體的性能，乃為從事金屬鑄造之相關人士或業者，所關切的議題。

本發明之目的在於提出一種改善金屬鑄造模具脫模效果的方法，此方法加強了離型劑與鑄造模具間所形成的附著力，從而克服以往噴塗離型劑於鑄造模具之模穴所產生的缺失。

於是，為實現前述及/或其他目的，本發明提供一種鑄造金屬固體的方法，係包括下列步驟：鍍上一離型劑層於一鑄造模具之至少一模穴的表面；注入一待處理的熔融態金屬液體於鑄造模具的模穴內；冷卻鑄造模具之模穴內的熔融態金屬液體，以凝固為金屬固體；以及自鑄造模具的模穴脫模取出金屬固體。

根據本發明，由於離型劑層是被鍍於鑄造模具之模穴的表面，強化了離型劑層與鑄造模具之模穴的表面間所形成的附著力，使得離型劑層不易自鑄造模具的模穴剝離，且使得脫模取出的金屬固體不會沾染有離型劑層，得以發揮金屬固體的最大性能。

為讓本發明上述及/或其他目的、功效、特徵能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例作詳細說明如下。

於本發明一較佳實施例中，提出一種鑄造金屬固體的方法。

首先，準備一鑄造模具，鑄造模具具有至少一模穴，每一模穴有一表面。鑄造模具的材質可以為但不限於：生鐵、合金鋼、碳鋼或不銹鋼(如 SUS-304不銹鋼、SUS-310不銹鋼)。

接著，鍍上一離型劑層於鑄造模具之模穴的表面。離型劑層的厚度可以為10nm-100μm，較佳地，為1μm-100μm。離型劑層可以為一矽層、一硼層、一氮化矽層、一氮化硼層或此等任一組合。於一實施例中，離型劑層是一矽層、一硼層、一氮化矽層或一氮化硼層。於另一實施例中，離型劑層可以是一矽層及一氮化矽層，例如先鍍矽層，再鍍氮化矽層。於再一實施例中，離型劑層可以是一硼層及一氮化硼層，例如先鍍硼層，再鍍氮化硼層。離型劑層可以是利用化學氣相沉積法(Chemical vapor deposition，CVD)或物理氣相沉積法(Physical vapor deposition，PVD)被鍍於鑄造模具之模穴的表面。熟悉本技術領域的人士可以理解到化學氣相沉積法或物理氣相沉積法可針對不同之離型劑層來設計不同的反應條件。當鍍上矽層或氮化矽層時，就化學氣相沉積法而言，是使用含有氫氣及含矽氣體的反應氣體，其中含矽氣體例如為三甲基矽烷(Trimethylsilane)、四甲基矽烷(Tetramethylsilane)...等；就物理氣相沉積法而言，是採用含有矽及氮化矽的靶材，並使用含有含矽氣體、氮氣及氬氣的反應氣體，其中含矽氣體例如為三甲基矽烷、四甲基矽烷...等。當鍍上硼層或氮化硼層時，就化學氣相沉積法而言，是使用含有氫氣及含硼氣體的反應氣體，其中含硼氣體例如為乙硼烷(Diborane)...等；就物理氣相沉積法而言，是使用含有硼及氮化硼的靶材，並使用含有含硼氣體、氮氣及氬氣的反應氣體，其中含硼氣體例如為乙硼烷...等。

然後，注入熔融態金屬液體於鑄造模具的模穴內，例如直接將鑄造模具浸至於熔融態金屬液體中。需要注意的是：鑄造模具及離型劑層於熔融 態金屬液體中不能融化或發生化學反應，否則將會影響本發明所提的功效，因此熔融態金屬液體的來源必須謹慎選擇，較好為熔點低於鑄造模具及離型劑層之熔點且不易與離型劑層發生化學反應的金屬或合金，像是金、銀、銅、錫、鋁、鋅、鉛或此等金屬任一組合的合金，但不以此為限。

之後，冷卻鑄造模具之模穴內的熔融態金屬液體，以凝固為金屬固體。舉例來說，可以利用自然降溫、急速降溫或風吹等方式來冷卻鑄造模具之模穴內的熔融態金屬液體。

最後，自鑄造模具的模穴脫模取出金屬固體。

茲以下列具體實施例以詳細說明本發明，但不意謂本發明僅侷限於此等具體實施例所揭示的內容。

<具體例1>

首先，取一不銹鋼材質的鑄造模具，而鑄造模具有多個模穴，每一模穴有一表面。

接著，準備四個水槽分別編號為1-4號，其中1、2號水槽裝有界面活性劑溶液並控制溶液溫度於50度左右，3、4號水槽裝有去離子水並控制水溫於80度左右。依水槽編號的順序將鑄造模具浸至於每一水槽內並使用超音波震盪15-20分鐘，以去除鑄造模具上的油脂或有機化合物，再將鑄造模具移至烘箱內乾燥鑄造模具。

然後，利用物理氣相沉積法鍍上一氮化硼層於乾燥後的鑄造模具，物理氣相沉積法的步驟如下：第一、將鑄造模具置於預備腔體內，並以機械幫浦將預備腔體抽真空至腔內壓力為5×10^-2 torr；第二、將鑄造模具移至主腔體內，開啟加熱器加熱主腔體至100℃且持溫30分鐘，以對鑄造模具進 行除氣(outgassing)處理；第三、烘乾鑄造模具後，通入氬氣至主腔體，以維持腔內壓力1×10^-2 torr；第四、開啟射頻電源或直流電源點燃電漿對氮化硼靶材進行預濺鍍，以清洗靶材上的雜質及氧化物；第五、通入含氮氣及氬氣等的反應氣體，控制反應氣體流量，並控制壓力閥門以維持主腔體的腔內壓力；第六、將電源上升至所需的功率，待電漿穩定後，移開擋板對鑄造模具進行濺鍍；第七、待濺鍍完畢後，以自然降溫的方式冷卻鑄造模具；第八、將鑄造模具從主腔體移到預備腔體內，並通入氮氣對預備腔體破除真空，取出濺鍍後的鑄造模具。

然後，將濺鍍後的鑄造模具浸至於熔融態鉛液中，而注入熔融態鉛液於鑄造模具的模穴。

然後，自熔融態鉛液中取出鑄造模具並利用自然降溫的方式冷卻鑄造模具之模穴內的熔融態鉛液，以凝固為鉛固體。

最後，自鑄造模具的模穴脫模取出鉛固體。

<具體例2>

具體例2的鉛固體是透過與具體例1所述之流程製得的，除了利用化學氣相沉積法鍍上氮化硼層於乾燥後的鑄造模具，而化學氣相沉積法的步驟如下：第一、將鑄造模具置於預備腔體內，並以機械幫浦將預備腔體抽真空至腔內壓力為5×10^-2 torr；第二、將鑄造模具移至主腔體內，開啟加熱器加熱主腔體至100℃且持溫30分鐘，以對鑄造模具進行除氣(outgassing)處理；第三、烘乾鑄造模具後，通入含氫氣(30sccm)及乙烷硼(150sccm)等的反應氣體，並調節壓力閥門以上升主腔體的腔內壓力為2×10^-2 torr並持壓；第四、開啟加熱器加熱主腔體至500℃後，開啟射頻電源(功率2000W) 點燃電漿對鑄造模具進行鍍膜沉積；第五、待鍍膜沉積完畢後，以自然降溫的方式冷卻鑄造模具；第六、將鑄造模具從主腔體移到預備腔體內，並通入氮氣對預備腔體破除真空，取出鍍膜沉積後的鑄造模具。

<比較例>

比較例的鉛固體是透過與具體例1所述之流程製得的，除了噴塗氮化硼層於乾燥後的鑄造模具。

<分析例>

請參閱第一至三圖，其分別為具體例1、2及比較例得到之鉛固體的照片圖。比較此等圖式後，可以清楚地看出：具體例1、2得到之鉛固體的表面為平整的，而比較例得到之鉛固體的表面為凹凸不平的，表示說具體例1、2得到的鉛固體沒沾染有氮化硼層，而比較例得到的鉛固體則沾染有氮化硼層。

另外，使用電錶測量具體例1、2及比較例得到的鉛固體，各別得到0.02歐姆、0.02歐姆及11,560,000歐姆的電阻值，代表說除了表面特徵上的不同外，具體例1、2及比較例得到的鉛固體在電性表現上亦有差異。

綜上所述，本發明所提出之鑄造金屬固體的方法是透過鍍上離型劑層於鑄造模具之模穴的表面，強化了離型劑層與鑄造模具之模穴的表面間所形成的附著力，使得離型劑層不易自鑄造模具的模穴剝離，且使得脫模取出的金屬固體不會沾染有離型劑層，得以發揮金屬固體的最大性能。

顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權利要求項之範圍內加以理解，除了上述詳細的描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明之較佳 實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。

第一圖係為具體例1得到之鉛固體的一照片圖。

第二圖係為具體例2得到之鉛固體的一照片圖。

第三圖係為比較例得到之鉛固體的一照片圖。

Claims (9)

1. 一種鑄造金屬固體的方法，係由以下步驟所組成：鍍上一離型劑層於一鑄造模具之至少一模穴的表面，該離型劑層為一矽層、一硼層、一氮化矽層、一氮化硼層或此等任一組合；注入一待處理的熔融態金屬液體於該鑄造模具的模穴內；冷卻該鑄造模具之模穴內的熔融態金屬液體，以凝固為該金屬固體；以及自該鑄造模具的模穴脫模取出該金屬固體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該離型劑層的厚度係為10nm-100μm。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該離型劑層係使用化學氣相沉積法(Chemical vapor deposition，CVD)或物理氣相沉積法(Physical vapor deposition，PVD)被鍍於該鑄造模具之模穴的表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽層或該氮化矽層係使用化學氣相沉積法被鍍於該鑄造模具之模穴的表面，該化學氣相沉積法係使用包含氫氣及含矽氣體的反應氣體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽層或該氮化矽層係使用物理氣相沉積法被鍍於該鑄造模具之模穴的表面，該物理氣相沉積法係採用包含矽及含矽化合物的靶材，並使用包含含矽氣體、氮氣及氬氣的反應氣體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該硼層或該氮化硼層係使用化學氣相沉積法被鍍於該鑄造模具之模穴的表面，該化學氣相沉積法係使用 包含氫氣及含硼氣體的反應氣體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該硼層或該氮化硼層係使用物理氣相沉積法被鍍於該鑄造模具之模穴的表面，該物理氣相沉積法係採用包含硼及含硼化合物的靶材，並使用包含含硼氣體、氮氣及氬氣的反應氣體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鑄造模具的材質係為生鐵、合金鋼、碳鋼或不銹鋼。
9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該熔融態金屬液體的來源係為金、銀、銅、錫、鋁、鋅、鉛或此等金屬任一組合的合金。