新涂层技术赋予铝制模具更高性价比www.tool-tool.com

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newmaker 来源：现代塑料

随着新的涂层技术的不断推出，使铝制模具足以挑战钢模。其中，采用等离子技术可使铝模表面形成一层坚硬、致密而耐磨的陶瓷层。此外，采用电镀方法，可在铝模表面镀上一层高硬度、耐腐蚀及耐化学品的材料。
比钢更坚硬
英国的Keronite International公司新开发出一种等离子体电解氧化 (PEO) 处理技术，能够提高铝的耐久性，使之达到钢的水平。这种无铬技术是在等离子放电的情况下，通过阳极转化使模具表面转化成高硬度的结晶氧化陶瓷。
“有了这一技术，加工商就能够选择与钢模具性能相似而价格低廉的铝模具。” Keronite欧洲区总经理Philip Lund介绍说，“该技术延长了铝制模具的寿命。”
由Keronite发明的这种铝表面处理技术，使铝的表面硬度超过了钢或硬质阳极化处理的铝。当塑料被加热时，该表面能够保护铝模具不受化学物质的侵蚀。同时，这种铝模不仅有利于热传导，而且便于改造、机加工或者焊接。

图1 断面显示了Keronite陶瓷氧化层和被转化的铝表面之间的界面

选择经过处理的铝来代替钢作为模具材料，其最大的动力是成本的降低。对于一副要成型99mm见方的塑料件的模具而言，Keronite通常的加工成本大约为400~600欧元，然而如果选用铝来代替钢，则能够节省6~8万欧元。
其制备过程是：将铝模具浸入一种专利化的无毒电解液中，然后通上交流电，使等离子体在铝表面放电，将金属表面转化成一层20~45μm厚的氧化物陶瓷层。该陶瓷层以均一可控的方式在铝表面向内“生长”，从而与金属之间形成一个无缺陷的界面。因此，其最外层与金属基材之间的粘接强度可超过大多数沉积型涂层，如等离子体喷雾陶瓷。

图2 Keronite的氧化物陶瓷与PTFE复合，用于大批量食品包装的热成型模具

在向内生长的同时，陶瓷层从原表面也以一种可控的方式向外生长。其向外生长的程度根据铝合金的不同而不同，通常约为10%~40%。外层的生长厚度可以在模具设计时加以考虑，也可以经过抛光将其恢复到模具原来的尺寸水平。此外，该层还含有一种微孔结构，适于润滑剂的保持，甚至可以将其用PTFE浸润，从而形成一种坚硬的、不粘的和低摩擦系数的复合层。
根据铝合金和陶瓷层的厚度，其表面硬度为500~2000 HV，已超过了硬质阳极化处理的水平。据Keronite介绍，铝经过处理，也能够比钢、玻璃及许多含硅化合物更硬。英国剑桥大学的研究表明，该表面的刚性可低至305805kg/CM2，比大多数陶瓷层具有更好的应变性能。由于该表面与基底材料具有良好的粘合性，且具有低刚性，因此在热膨胀以及在整个成型周期过程中具有良好的耐受性。
该工艺的另一个优势是对模具转角和边缘的处理。涂层能够均匀涂敷到整个模具上，在转角处甚至更厚，从而更有力地保护了模具。未经处理的模具在边缘处易磨损，传统的浸渡或涂覆方法由于表面张力的原因，使涂层在转角处更薄。硬质阳极化法由于其“柱状生长”会在半径较小的位置出现楔形裂缝，而造成薄弱环节，因此对模具转角处的保护也有限。相比之下，Keronite的新技术带来了重大的突破。
处理注射成型模具
Keronite PEO系统不仅能够应用在吹塑成型和热成型等低压加工领域，而且可以用于注射成型等高压加工工艺中。在吹塑成型和热成型中，表面层能够带有一定的纹理。如果需要模具表面光滑，可以采用传统方法或者湿喷的方法对陶瓷层进行抛光。
对于注射成型模具，PEO与PTFE联合使用能够提供一个更好的表面。最好的结果是将水基PTFE乳液或其稀释溶液渗透到涂层内，形成长效耐磨的PTFE/陶瓷复合材料层。PTFE浸渍表面可以按要求抛光。

图3 Keronite氧化物陶瓷涂层与水性PTFE乳液联合使用，用于处理注塑模具的表面

该技术在欧洲早有采用，在美国还处于发展之中。其中，该技术在丹麦发展最快，主要用于人造黄油包装盒的热成型模具。该技术在其他应用领域的出现还包括：注射成型的食品包装盒和吹塑成型的PET饮料瓶等。
Keronite在欧洲和亚洲共发放了14张许可证，开设了3家合资公司，在美国发放了一家OEM许可证，并在英国和美国设有自己的服务中心。而这些合作公司与模具制造商和塑料加工商直接进行业务往来。
氧化钛涂层
与此同时，另一种基于电沉积工艺的铝模具涂层技术也被开发出来，即Henkel公司开发的Alodine EC2 ElectroCeramic Coating，它含有氧化钛，并使用了带有专业精确整流的阳极。该5~10μm厚的陶瓷涂层提高了模具的表面硬度、耐腐蚀性和耐化学品性能，其维氏硬度为800，耐腐蚀性比标准铝涂层高10倍，摩擦系数仅为0.2。
该涂层的应用目标包括多种成型工艺的模具。目前，该技术还没有实现商业化。

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