Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2014122400A - 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜 - Google Patents

軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜 Download PDF

Info

Publication number
JP2014122400A
JP2014122400A JP2012279768A JP2012279768A JP2014122400A JP 2014122400 A JP2014122400 A JP 2014122400A JP 2012279768 A JP2012279768 A JP 2012279768A JP 2012279768 A JP2012279768 A JP 2012279768A JP 2014122400 A JP2014122400 A JP 2014122400A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
hard film
soft metal
film
hard
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012279768A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Yamamoto
兼司 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2012279768A priority Critical patent/JP2014122400A/ja
Priority to CA2891886A priority patent/CA2891886C/en
Priority to PCT/JP2013/083787 priority patent/WO2014098091A1/ja
Priority to US14/443,243 priority patent/US9751809B2/en
Priority to KR1020157016061A priority patent/KR20150084066A/ko
Priority to CN201380066875.5A priority patent/CN104854255A/zh
Priority to EP13864307.7A priority patent/EP2937439A4/en
Publication of JP2014122400A publication Critical patent/JP2014122400A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/01Selection of materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/58007Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on refractory metal nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/58007Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on refractory metal nitrides
    • C04B35/58014Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on refractory metal nitrides based on titanium nitrides, e.g. TiAlON
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24355Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

【課題】軟質金属に対して凝着し難い硬質皮膜であって、該軟質金属と接触する例えばホットプレス用金型表面の被覆に適した硬質皮膜を提供する。
【解決手段】表面の算術平均粗さ(Ra)が0.05μm以下であり、かつ走査型電子顕微鏡で45×65μmの視野を少なくとも5視野2000倍で観察したときに、円相当直径が1μm以上のピンホールの数が平均で5個以下であることを特徴とする軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜。
【選択図】なし

Description

本発明は、軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜に関するものである。
例えばめっき鋼板のように、表面がZn等の軟質金属で構成されている材料に対し、加工を施したり摺動させる場合、上記軟質金属と接触する部材(例えば金型等)の表面には、上記軟質金属が凝着堆積し、被加工物の表面品質が損なわれるといった問題がある。
具体的に、例えばホットプレス法では次の様な問題がある。ホットプレス(「ダイクエンチ」ともいう)法は、鋼板(ブランク)をオーステナイト域の温度(通常800〜900℃)に加熱し、水冷した金型で急冷すると同時に、所望の部品形状に成形する技術である。鋼板の加熱からプレス加工までの工程は、コスト的な観点から大気中で行われるため、鋼板の酸化によるスケール生成の抑制を目的に、該鋼板として、その表面にAlまたはZnを主体とするめっき層の形成されためっき鋼板がよく使用される。しかし、該めっき鋼板を用いた場合、特に亜鉛(Zn)めっき鋼板を用いた場合には、ショット数の増加と共にプレス用金型にZnが凝着し、著しい場合には該金型の形状が変化するまでに至り、製品形状や成形した鋼板の表面品質に問題をもたらす。
一般にホットプレス用金型には、鋼板とのこすれ摩耗対策として、該金型表面にTiN等のセラミック皮膜がコーティング膜として形成されるが、上記軟質金属に対する耐凝着性は十分とは言い難い。
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、上記軟質金属に対して凝着し難い硬質皮膜、および該硬質皮膜が表面に形成された硬質皮膜被覆部材を実現することにある。
尚、以下では、本発明の硬質皮膜を、硬質皮膜被覆部材として冶工具(特には金型)の表面に被覆する場合を例に説明するが、本発明はこれに限定されず、後述する通り硬質皮膜被覆部材として摺動部材等に適用する場合も含む。
上記課題を解決し得た本発明の耐凝着性に優れた硬質皮膜は、表面の算術平均粗さ(Ra)が0.05μm以下であり、かつ走査型電子顕微鏡で45×65μmの視野を少なくとも5視野2000倍で観察したときに、円相当直径が1μm以上のピンホールの数が平均で5個以下であるところに特徴を有する。
前記硬質皮膜は、Ti、Al、CrおよびSiよりなる群から選択される2種以上の元素を含む金属元素と、C、NおよびOよりなる群から選択される1種以上の元素とから構成されたものが好ましい。前記金属元素の一部は、全金属元素に占める割合で20原子%を上限として、周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、Y、およびBよりなる群から選択される1種以上の元素で置換されていてもよい。
本発明には、前記硬質皮膜が表面に被覆されている点に特徴を有する硬質皮膜被覆部材(特にはホットプレス用金型)も含まれる。
好ましい実施形態として、前記ホットプレス用金型は、少なくとも表面がZn、Sn、AlおよびMgよりなる群から選択される1種以上の軟質金属で構成された被加工材の、熱間成形(特には、亜鉛めっき鋼板の熱間成形)に用いられる。
本発明の硬質皮膜は、Zn等の軟質金属に対する耐凝着性(以下、単に「耐凝着性」ということがある。)に優れている。よって本発明の硬質皮膜を、例えば、塑性加工、切断加工、または切削加工等に用いられる金型・冶工具(以下「冶工具」と総称する)の表面に形成すれば、該冶工具と、表面が前記軟質金属で構成された被加工材とが接触したときの、冶工具表面への軟質金属の凝着が抑えられる。その結果、冶工具を長期にわたり安定して繰り返し使用することができる。
図1は、ピンホール数が9個の例のSEM観察写真である。 図2は、ピンホール数が4個の例のSEM観察写真である。 図3は、ピンホール数が1個の例のSEM観察写真である。
本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、冶工具の表面が、以下の(1)および(2)を満たす表面を有する硬質皮膜で構成されていれば、該冶工具が軟質金属と接触したときに、冶工具表面への軟質金属の凝着が格段に抑えられることを見出し、本発明を完成した。
(1)表面の算術平均粗さ(Ra)が0.05μm以下
(2)走査型電子顕微鏡で45×65μmの視野を少なくとも5視野2000倍で観察したときに、円相当直径が1μm以上のピンホールの数が平均で5個以下
以下、上記(1)および(2)について詳述する。
軟質金属と直接接触する、冶工具表面の硬質皮膜は、まず上記(1)の通り粗さが抑えられている、すなわち算術平均粗さ(以下、「Ra」または「表面粗さ」という)で0.05μm以下に制御することが必要である。表面が粗い場合、粗さの突起が起点となって軟質金属の凝着が発生するからである。Raは、好ましくは0.02μm以下であり、より好ましくは0.01μm以下である。
上記Raは、後述する実施例に記載の方法で測定されるものである。
また、上記軟質金属の凝着は、上記表面粗さが原因で生じるだけでなく、気相コーティングの皮膜にしばしば観察されるピンホールを起点としても生じる。そのメカニズムとして、加工時に、軟質金属がピンホールに押し込まれて凝着が発生することが挙げられる。ピンホールに軟質金属が押し込まれる確率は、ピンホールの大きさに依存し、おおむね直径1μm以上のピンホールであれば、上記軟質金属の押し込みが起こりうる。
本発明では実施例で詳述する通り、硬質皮膜の表面において、走査型電子顕微鏡で45×65μmの視野を少なくとも5視野2000倍で観察したときに、円相当直径が1μm以上のピンホールの数が、上記観察した5視野以上の平均値(以下、この平均値を、単に「ピンホール数」ということがある)で5個以下の場合に、凝着が極めて生じ難くなることを明らかにした。上記ピンホール数は、より好ましくは3個以下であり、最も好ましくは1個以下である。
前記観察例(SEM観察写真)を図1〜3に示す(写真中、円相当直径が1μm以上のピンホールを○で囲んでいる)。図1は1μm以上のピンホール数が9個の例であり、図2は上記ピンホール数が4個の例であり、また、図3は上記ピンホール数が1個の例である。
次に、硬質皮膜を構成する好ましい材料について説明する。
硬質皮膜を構成する材料は、材質として、接触する軟質金属と反応して化合物を作らないことが必要である。また、ホットプレスでは金型が加熱された鋼板と接触することが想定され、その他の加工プロセス(Alの熱間鍛造など)では摺動発熱による温度上昇が想定される。よって硬質皮膜を構成する材料は、耐酸化性および耐摩耗性も有していることが好ましい。
これらの観点から、上記材料として具体的には、Ti、Al、CrおよびSiよりなる群から選択される2種以上の元素を含む金属元素と、C、NおよびOよりなる群から選択される1種以上の元素とからなる化合物が好ましい。
前記金属元素の組み合わせとして、TiAl、AlCr、TiCrAl、またはTiCrAlSiがより好ましい。
前記金属元素がTiCrAlの場合、全金属元素に占める各金属元素の割合(原子比)は、Ti:0.1〜0.4、Cr:0.1〜0.4、Al:0.4〜0.7の範囲内とすることが好ましい。また、前記金属元素がTiCrAlSiの場合、全金属元素に占める各金属元素の割合(原子比)は、Ti:0.1〜0.4、Cr:0.1〜0.4、Al:0.4〜0.7、Si:0.01〜0.10の範囲内とすることが好ましい。
中でもTiAlN、AlCrN、TiCrAlN、およびTiCrAlSiNが、耐摩耗性や耐酸化性の観点から特に好ましい。
また本発明の硬質皮膜は、前記金属元素の一部が、全金属元素に占める割合で20原子%を上限として、周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、Y、およびBよりなる群から選択される1種以上の元素(以下「X群元素」ということがある)で置換されたものでもよい。X群元素を含む場合、X群元素量は例えば1原子%以上とすることができる。耐凝着性は、上記置換によって低下しない。
上記X群元素のうち、より好ましくはTa、Nb、W、Y、Bであり、更に好ましくはY、Bである。
(硬質皮膜の形成方法)
表面性状が上記要件を満たす硬質皮膜を得るには、次の方法で硬質皮膜を製造することが推奨される。
前記ピンホール数の抑制された硬質皮膜を形成するには、気相コーティング法の中でもフィルタードアークイオンプレーティング法またはスパッタリング法が好ましい。特にスパッタリング法(更に特には、アンバランスドマグネトロンスパッタリング(UBMS)法)が、原理的にピンホールの起点となるパーティクルが発生しないことから、耐凝着性のより優れた硬質皮膜を形成することができる。上記各方法で成膜する際の成膜条件は、一般的な条件を採用すればよい。前記いずれの方法でも、硬質皮膜の前記金属元素(更には必要に応じて前記X群元素)で構成されるターゲットを用い、雰囲気ガスとして、窒素ガス、メタン等の炭化水素ガス、酸素ガス、Arガス等を用い、本発明の硬質皮膜を形成することが挙げられる。
また前記フィルタードアークイオンプレーティング法の場合、成膜条件として例えば、基材温度:300〜700℃、バイアス電圧:−30〜−70(バイアス電圧のマイナス表示は、アース電位に対して基材がマイナス電位となることを意味している。以下同じ)、全ガス圧:1〜5Paとすることが挙げられる。スパッタリング法の場合、成膜条件として例えば、基材温度:300〜700℃、投入電力:例えば3kW(ターゲット直径が6インチの場合)、全ガス圧:例えば0.6Paとすることが挙げられる。
前記算術平均粗さ(Ra)を達成するには、硬質皮膜を形成後、該硬質皮膜の表面を研磨加工することが推奨される。硬質皮膜の研磨方法として、投射形研磨の他、電解研磨、バフ研磨等が挙げられる。更に、硬質皮膜のRaは、基材の表面性状にも影響を受けることから、上記硬質皮膜形成前の基材表面を、Raで0.05μm以下となるまで研磨することが推奨される。基材表面の研磨方法として、例えば電解研磨、バフ研磨、化学研磨等が挙げられる。
上記の通り表面性状を制御した本発明の硬質皮膜は、軟質金属に対する耐凝着性が優れている。よって本発明の硬質皮膜は、少なくとも表面が軟質金属(Zn等)で構成された被加工材の加工(特には熱間加工)に用いられる、冶工具の被覆に適している。前記軟質金属として、Zn、Sn、AlおよびMgよりなる群から選択される1種以上の元素からなる金属や合金が挙げられる。
前記「少なくとも表面が軟質金属(Zn等)で構成された被加工材」として、Zn、Sn、AlおよびMgよりなる群から選択される1種以上のめっき層が形成された金属板(例えば鋼板)の他、純Al、Al基合金、純Sn、Sn基合金、純Zn、Zn基合金、Mg基合金等が挙げられる。上記被加工材として、特に、亜鉛めっき鋼板(溶融亜鉛めっき鋼板(GI)、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA)、電気亜鉛めっき鋼板(EG)が含まれる)を用いた場合に、本発明の効果が存分に発揮される。
上記めっき鋼板以外の被加工材を用いた加工方法として、例えばAl系金属の鍛造や、Alダイカスト、Znダイカスト、Mgダイカスト等が挙げられる。
本発明の硬質皮膜被覆部材として、プレス成形(特にはホットプレス)、鍛造加工、押し出し成形等に用いられる金型(ダイ、パンチ、パッド等を含む)、冶工具(チップ、ドリル、エンドミル等の切削工具や打ち抜きパンチ等を含む)、自動車部品や機械部品における摺動部材などが挙げられる。
本発明の硬質皮膜被覆部材(特にはホットプレス用金型)は、少なくとも軟質金属との接触部分が本発明の硬質皮膜で被覆されていればよく、軟質金属との非接触部分の被覆は特に問わない。
本発明の硬質皮膜は、特に凝着の生じやすい、亜鉛めっき鋼板を被加工材とするホットプレスで使用される金型(ホットプレス用金型)への被覆に最適である。
本発明の硬質皮膜の膜厚は、0.5μm以上であることが好ましい。0.5μm未満では被覆が十分でなく、基材が露出する場合があるためである。より好ましくは1μm以上である。一方、硬質皮膜の膜厚が厚すぎると剥離が生じ易くなるため、該硬質皮膜の膜厚は10μm以下であることが好ましい。より好ましくは5μm以下である。
前記硬質皮膜被覆部材は、その最表面が本発明で規定の硬質皮膜で構成されていればよく、最表面の硬質皮膜と基材との間に、本発明で規定する以外の硬質皮膜や、CrN、TiN等の中間層が形成されていてもよい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
[実施例1]
実施例1では、硬質皮膜の有無、表面粗さ、ピンホール数が軟質金属の凝着量に及ぼす影響を確認した。
基材として、コーティング膜の表面性状の評価用に鏡面の基材(SKD11、HRC60、基材のRa=0.005μm)を用意した。また、軟質金属に対する耐凝着性の評価用として鏡面の曲げ金型(SKD61、基材のRa=0.005μm)を用意した。
そして表1に示すコーティング膜を、表1に示す通り、アークイオンプレーティング法(表中「AIP」と表記)、フィルタードアークイオンプレーティング法(表中「フィルターAIP」と表記)、またはアンバランスドマグネトロンスパッタリング法(表中「UBMS」と表記)で、上記各基材の表面に約3μm形成した。
前記アークイオンプレーティング法(AIP法)の成膜条件は、基材温度:400℃、全ガス圧:4Pa、バイアス電圧:−70Vとした。前記フィルタードアークイオンプレーティング法(フィルターAIP法)の成膜条件は、基材温度:400℃、全ガス圧:4Pa、バイアス電圧:−70Vとした。また前記アンバランスドマグネトロンスパッタリング法(UBMS法)の成膜条件は、基材温度:400℃、全ガス圧:0.6Pa、投入電力:3kW(ターゲット直径6インチ)とした。いずれの方法でも、ターゲットとして表1に示す組成のTiCrAlSiターゲットを用い、前記AIP法および前記フィルターAIP法では雰囲気ガスを純窒素ガスとした。また、前記UBMS法では窒素:Ar=45:55の混合ガスを用いた。
尚、コーティング膜を形成しなかったサンプルも用意した(表1のNo.1)。
そして成膜後に、投射形の研磨装置(エアロラップ(登録商標)、株式会社ヤマシタワークス製)を使用してコーティング膜表面の研磨を行い、表1に示す通りRaが種々のサンプルを作製した。上記研磨の時間を変えることによって、成分組成・成膜方法が同じでRaの異なるサンプルを作製した。尚、コーティング膜は形成したが上記研磨は行わなかったサンプルも用意した(表1のNo.2)。
これらのサンプルを用いて、コーティング膜の表面性状の評価(Raおよびピンホール数の測定)と耐凝着性の評価とを次の様にして行った。
(表面粗さ(Ra)の測定)
各サンプルのRaは、触針式の表面粗さ計(DekTak6M)を使用して測定した。本発明では、走査長さを1mmとし、水平方向の測定点数を3900点とし、測定した表面曲線からうねりを除去した粗さ曲線からRaを算出した。これを表面の任意の場所で5点測定し、その平均値を採用した。そしてその平均値(Ra)が0.05μm以下の場合を合格とした。尚、表1のNo.1は、コーティング膜を形成していない例であり、表1中のRaは、基材の表面粗さを参考までに測定したものである。
(ピンホール数の測定)
走査型電子顕微鏡(日立製 加速電圧20kV、倍率2000倍、視野サイズ45×65μm)でコーティング膜の表面の観察を行い、円相当直径が1μm以上のピンホールをカウントした。この測定を、各試料につき任意に選択した5視野で行い、ピンホール数の平均値を算出した。
そして、上記ピンホール数の平均値(1視野内の平均ピンホール数)が5個以下の場合を合格とした。
(軟質金属に対する耐凝着性の評価)
軟質金属の代表としてZnを選択し、板材(ブランク)として合金化溶融亜鉛めっき(GA)鋼板(亜鉛めっき鋼板)を用意した。そして、上記コーティング膜があり・なしの曲げ金型を用い、加熱した上記亜鉛めっき鋼板の曲げ加工を下記成形条件で行って、加工後の金型表面におけるZn凝着状況を調査した。
(成形条件)
板材(ブランク):合金化溶融亜鉛めっき(GA)鋼板
(引張強度590MPa、板厚1.4mm)
金型材料:SKD61材+表1に示す各種コーティング膜
押しつけ荷重:1t
加熱温度:760℃
そして、Zn凝着状況を下記の評価基準に示す通り5段階に分け、3以下を耐凝着性に優れると評価した。
(評価基準)
金型の前記板材との接触面において、Znが凝着している面積の割合(%)を求め、次の0〜5段階で評価した。
5:60%超
4:30%超60%以下
3:20%超30%以下
2:10%超20%以下
1:0%超10%以下
0:ほとんど凝着無し
これらの結果を表1に示す。
表1より次のことがわかる。No.1は、金型表面にコーティング膜がないため、軟質金属の凝着量が著しく多くなった。No.2は、コーティング膜が形成されているが、Raがかなり大きく、かつピンホール数も過剰であるため、軟質金属の凝着量が著しく多くなった。
No.3は、コーティング膜が形成されているが、Raが本発明で規定の上限を外れており、かつピンホール数も過剰であるため、軟質金属の凝着量が、上記No.2ほどではないが多くなった。
No.4は、コーティング膜が形成されており、かつRaも本発明の規定範囲内にあるが、ピンホール数が過剰であるため、軟質金属の凝着量が多くなった。
上記No.2と、No.3および4との対比から、所望のRaを達成するには、コーティング膜の研磨を十分に行うのがよいことがわかる。
これに対しNo.5〜8は、コーティング膜として、Raおよびピンホール数ともに本発明の規定範囲内にある硬質皮膜が形成されており、該硬質皮膜が表面に形成された金型を用いると軟質金属の凝着量が十分に抑えられていることがわかる。
特にNo.3および4と、No.5〜8との対比から、所望のピンホール数を達成するには、成膜方法として、フィルタードアークイオンプレーティング法またはスパッタリング法を採用するのが好ましいことがわかる。またNo.5および6と、No.7および8との対比から、上記方法の中でも特にスパッタリング法(UBMS法)を採用すれば、コーティング膜として、ピンホール数が十分に抑えられ、かつRaも十分に小さい硬質皮膜が得られ、軟質金属の凝着量を十分に抑制できることがわかる。
[実施例2]
実施例2では、種々の成分組成のコーティング膜を形成して、軟質金属に対する耐凝着性を評価した。
詳細には、表2に示す種々の成分組成のコーティング膜を表2に示す成膜方法で形成し、次いで、研磨を行って表2に示すRaのサンプルを得た。成膜には、表2に示すコーティング膜の金属元素(更にはX群元素)で構成されるターゲットを用いた。尚、No.1〜6および10〜14では雰囲気ガスとして純窒素ガスを用いた。またNo.7では雰囲気ガスとして、窒素ガスに加えて炭化水素ガスを用い、No.8では雰囲気ガスとして、窒素ガス、炭化水素ガスおよび酸素ガスを用いた。またNo.9ではArガスと窒素ガスの混合ガスを用いた。その他の成膜条件を含むサンプル作製条件は実施例1と同じである。
得られたサンプルを用い、実施例1と同様にして表面性状の評価(Raおよびピンホール数の測定)と耐凝着性の評価を行った。その結果を表2に示す。
表2より次のことがわかる。No.1〜14のいずれのコーティング膜も、本発明で規定するRaおよびピンホール数を満たしており、凝着量が抑えられている。
No.1および2とNo.3〜14との対比から、硬質皮膜の成分における金属元素が、好ましくはTi、Al、CrおよびSiよりなる群から選択される2種以上の元素を含むものとすれば、凝着量を十分に抑えられることがわかる。
No.6とNo.9を対比すると、これらはいずれも同じ成分組成の膜を形成した例であるが、No.9の通りスパッタリング法(UBMS法)で成膜すると、表面粗さが小さくかつピンホール数も少なく、耐凝着性も格段に優れていることがわかる。
No.10〜14は、硬質皮膜における、Ti、Al、CrおよびSiよりなる群から選択される2種以上の金属元素の一部がX群元素で置換された例である。これらの皮膜を被覆した場合も、凝着量が抑えられていることがわかる。

Claims (7)

  1. 表面の算術平均粗さ(Ra)が0.05μm以下であり、かつ走査型電子顕微鏡で45×65μmの視野を少なくとも5視野2000倍で観察したときに、円相当直径が1μm以上のピンホールの数が平均で5個以下であることを特徴とする軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜。
  2. Ti、Al、CrおよびSiよりなる群から選択される2種以上の元素を含む金属元素と、C、NおよびOよりなる群から選択される1種以上の元素とから構成される請求項1に記載の硬質皮膜。
  3. 前記金属元素の一部が、全金属元素に占める割合で20原子%を上限として、周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、Y、およびBよりなる群から選択される1種以上の元素で置換されている請求項2に記載の硬質皮膜。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の硬質皮膜が表面に被覆されていることを特徴とする硬質皮膜被覆部材。
  5. 請求項1〜3のいずれかに記載の硬質皮膜が表面に被覆されていることを特徴とするホットプレス用金型。
  6. 少なくとも表面がZn、Sn、AlおよびMgよりなる群から選択される1種以上の軟質金属で構成された被加工材の、熱間成形に用いられる請求項5に記載のホットプレス用金型。
  7. 亜鉛めっき鋼板の熱間成形に用いられる請求項5に記載のホットプレス用金型。
JP2012279768A 2012-12-21 2012-12-21 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜 Pending JP2014122400A (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012279768A JP2014122400A (ja) 2012-12-21 2012-12-21 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜
CA2891886A CA2891886C (en) 2012-12-21 2013-12-17 Hard coating having excellent adhesion resistance to soft metal
PCT/JP2013/083787 WO2014098091A1 (ja) 2012-12-21 2013-12-17 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜
US14/443,243 US9751809B2 (en) 2012-12-21 2013-12-17 Hard coating having excellent adhesion resistance to soft metal
KR1020157016061A KR20150084066A (ko) 2012-12-21 2013-12-17 연질 금속에 대한 내응착성이 우수한 경질 피막
CN201380066875.5A CN104854255A (zh) 2012-12-21 2013-12-17 相对于软金属的耐附着性优异的硬质覆膜
EP13864307.7A EP2937439A4 (en) 2012-12-21 2013-12-17 HARD COATING FILM WITH EXCELLENT RESISTANCE TO SOFT METAL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012279768A JP2014122400A (ja) 2012-12-21 2012-12-21 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014122400A true JP2014122400A (ja) 2014-07-03

Family

ID=50978418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012279768A Pending JP2014122400A (ja) 2012-12-21 2012-12-21 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9751809B2 (ja)
EP (1) EP2937439A4 (ja)
JP (1) JP2014122400A (ja)
KR (1) KR20150084066A (ja)
CN (1) CN104854255A (ja)
CA (1) CA2891886C (ja)
WO (1) WO2014098091A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6055324B2 (ja) * 2013-01-29 2016-12-27 株式会社神戸製鋼所 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜
EP3388546A4 (en) * 2015-12-02 2019-07-31 Mitsubishi Hitachi Tool Engineering, Ltd. HARD COATING, HARD COATED ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND TARGET USED TO PRODUCE HARD COATING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
JP6878999B2 (ja) * 2017-03-28 2021-06-02 日本製鉄株式会社 打抜き加工用金型及びそれを用いた打抜き加工方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10237628A (ja) * 1997-02-20 1998-09-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 被覆工具およびその製造方法
JP2002030413A (ja) * 2000-07-19 2002-01-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄膜形成装置および薄膜形成方法
JP2004099966A (ja) * 2002-09-09 2004-04-02 Kobe Steel Ltd 耐摩耗性に優れた硬質皮膜とその製造方法、および切削工具並びに硬質皮膜形成用ターゲット
JP2007191765A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Kobe Steel Ltd 硬質皮膜
JP2010058135A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Hitachi Metals Ltd ダイカスト用被覆金型およびその製造方法
JP2010099735A (ja) * 2008-09-24 2010-05-06 Hitachi Metals Ltd 塑性加工用被覆金型
JP2010284710A (ja) * 2009-06-15 2010-12-24 Hitachi Metals Ltd 塑性加工用被覆金型およびその製造方法
JP2012011393A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Kobe Steel Ltd せん断用金型及びその製造方法
JP2012031522A (ja) * 2004-09-30 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜、並びに該硬質皮膜形成用ターゲット
JP2012115869A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Kobe Steel Ltd 塑性加工用金型およびその製造方法、ならびにアルミニウム材の鍛造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5246787A (en) * 1989-11-22 1993-09-21 Balzers Aktiengesellschaft Tool or instrument with a wear-resistant hard coating for working or processing organic materials
JP3712241B2 (ja) * 1995-01-20 2005-11-02 日立ツール株式会社 被覆切削工具・被覆耐摩耗工具
DE19609647A1 (de) * 1996-03-12 1997-09-18 Univ Sheffield Hartstoffschicht
US5981049A (en) 1996-12-04 1999-11-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Coated tool and method of manufacturing the same
JP5060714B2 (ja) 2004-09-30 2012-10-31 株式会社神戸製鋼所 耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜、並びに該硬質皮膜形成用ターゲット
WO2009047867A1 (ja) * 2007-10-12 2009-04-16 Hitachi Tool Engineering, Ltd. 硬質皮膜被覆部材、及びその製造方法
JP5234931B2 (ja) * 2008-06-23 2013-07-10 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜被覆部材および成形用冶工具

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10237628A (ja) * 1997-02-20 1998-09-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 被覆工具およびその製造方法
JP2002030413A (ja) * 2000-07-19 2002-01-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄膜形成装置および薄膜形成方法
JP2004099966A (ja) * 2002-09-09 2004-04-02 Kobe Steel Ltd 耐摩耗性に優れた硬質皮膜とその製造方法、および切削工具並びに硬質皮膜形成用ターゲット
JP2012031522A (ja) * 2004-09-30 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜、並びに該硬質皮膜形成用ターゲット
JP2007191765A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Kobe Steel Ltd 硬質皮膜
JP2010058135A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Hitachi Metals Ltd ダイカスト用被覆金型およびその製造方法
JP2010099735A (ja) * 2008-09-24 2010-05-06 Hitachi Metals Ltd 塑性加工用被覆金型
JP2010284710A (ja) * 2009-06-15 2010-12-24 Hitachi Metals Ltd 塑性加工用被覆金型およびその製造方法
JP2012011393A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Kobe Steel Ltd せん断用金型及びその製造方法
JP2012115869A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Kobe Steel Ltd 塑性加工用金型およびその製造方法、ならびにアルミニウム材の鍛造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2891886A1 (en) 2014-06-26
EP2937439A4 (en) 2016-07-20
CN104854255A (zh) 2015-08-19
EP2937439A1 (en) 2015-10-28
US20150336851A1 (en) 2015-11-26
CA2891886C (en) 2019-01-22
US9751809B2 (en) 2017-09-05
KR20150084066A (ko) 2015-07-21
WO2014098091A1 (ja) 2014-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6346972B2 (ja) Zn−Mg合金めっき鋼板及びその製造方法
CN107532279B (zh) 包覆模具及其制造方法
JP5920681B2 (ja) 摺動特性に優れた塑性加工用被覆金型及びその製造方法
CN103370438B (zh) 具有Cr-Si-N涂层的热金属板材成型或冲压工具
JP6211987B2 (ja) Znめっき鋼板の熱間成形用金型
JPWO2013047548A1 (ja) 摺動特性に優れた被覆部材
US9968980B2 (en) Coatings for forming tools
KR101700551B1 (ko) 연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막
JP5584849B2 (ja) 金型表面用保護膜
JP2014122400A (ja) 軟質金属に対する耐凝着性に優れた硬質皮膜
WO2015133256A1 (ja) 硬質皮膜およびその形成方法、ならびに鋼板熱間成型用金型
JP7509129B2 (ja) 被覆金型、被覆金型の製造方法、および硬質皮膜形成用ターゲット
US11566305B2 (en) Titanium plate
TW202228874A (zh) 剪切加工用包覆模具及其製造方法
JP2004314125A (ja) ビード付プレス金型設計方法およびビード付プレス金型
JP2005200763A (ja) 連続焼鈍炉用ハースロールの管理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140901

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151013

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151207

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160209