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镍铁氟龙化学复合镀层在模具表面应用

镍磷合金(Ni-P alloy)有着优异的硬度(> 600 HV)、耐磨耗及化学耐蚀性,已在机械、模具、汽车、光电及电子制造等领域广泛得到应用。聚四氟乙烯(铁氟龙) (poly-tetra-fluoro-ethylene, PTFE)亦具有优异的自润滑性(摩擦系数极低)、表面抗沾黏性、超疏水自洁性、耐腐蚀性、绝缘性,在生化、医疗与食品相关器具已有广泛应用。

模造成型的模具表面如沉积PTFE的薄膜,可使模具具有极佳的脱模与离型效果,避免压印或射出成型的高分子材料沾黏于模具表面,特别是当进行微/奈米等级结构之成型时,此沾黏现象特别容易发生。然而,这种PTFE薄膜一般是以蒸镀、旋镀、喷涂、浸渍等方式涂布于模具表面,则于脱模离型过程中PTFE薄膜容易产生剥离脱落的现象,导致模具的耐用性不佳,所以必须提出其他有效的解决方案。

因此,研究人员在镍铁氟龙化学镀(无电解)(electroless plating)镍磷合金(Ni-P alloy)的程序中,加入0.2 μm直径的PTFE颗粒,以进行Ni-P-PTFE镍磷铁氟龙复合镀层的制备。此镍铁氟龙复合层在应用时,可兼具镍磷合金优异的硬度与耐磨耗性,以及PTFE膜的低摩擦系数、超拨水性、高抗沾黏等特性。此外,由于PTFE颗粒均匀地镶嵌于镍磷合金镀层内部与表面,颗粒具有不易脱落的特性,可明显改善PTFE涂料喷涂于模具表面所造成的模具耐用性不佳的缺点。化学镀实验中分别控制镀液pH值、操作温度、PTFE颗粒添加量、界面活性剂浓度等参数,探讨Ni-P/PTFE复合层的析镀速率、复合层中PTFE的沉积量、微硬度的影响、以及与抗沾黏、自洁性、防污性功能相关的接触角特性。

实验结果显示镀浴的pH值必须控制在4.80-4.92范围内,以维持镀液的稳定性。温度的提升,析镀膜可获得较佳的接触角度,但随着浴温的增加,析镀速率反而会减少,例如,在85 ℃操作条件下镀层的接触角为113.47度、镀率为15.8 um /hr,95℃时接触角为146.29度、镀率为5.7 um/hr。析镀时间与沉积厚度呈线性关系,时间愈长可得较厚之薄膜,但镀液中PTFE含量超过7.5 cc/L,沉积速率受到限制,反而减缓。美国PTFE悬浮液,其镀层品质深受界面活性剂的影响,其最佳条件为95 ℃镀液,可得接触角度140.01°,镀层厚度6.5 um、平均硬度173.54 Hv。使用日本的PTFE悬浮液,其镀液可以不使用表面活性剂,在95℃浴温、PTFE含量7.5㏄/L、化镀20min的最佳条件下,可得接触角度147.70 °,镀层厚度5.5 um、平均硬度160.80 Hv。目前的研究进度已获得超疏水性之Ni-P-PTFE复合层,并应用析镀于具有微结构之Ni-Co模具表面,可得接触角141.42°,且实际进行热印压模(Hot embossing)的测试,经过压膜与脱膜实验后,量测接触角为137.89°。因此,科研人员所制备的Ni-P-PTFE复合层有抗沾黏的能力,可助金属模具的离型性和脱模性效果。


 
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