JPH07310175A - Hard film and coating method using the same film - Google Patents
Hard film and coating method using the same filmInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は硬質被膜およびこの被膜
による被覆方法に係り、特に、アルミニウム合金鋳造用
等の金型やその部品(金型ピン等)を保護するための被
膜として好適な硬質被膜と、この硬質被膜による被覆方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hard coating and a coating method using the coating, and in particular, a hard coating suitable as a coating for protecting a mold for aluminum alloy casting or the like and parts thereof (mold pins, etc.). The present invention relates to a coating and a coating method using the hard coating.
【0002】[0002]
【従来の技術】アルミニウム合金鋳造用金型やその部品
(金型ピン等)は、一般に、熱間ダイス鋼に代表される
鉄系合金等を所望形状に成形した後に当該成形物(以
下、母材という)の所定表面を硬質被膜で被覆すること
により形成される。前記の硬質被膜は、アルミニウム合
金の溶湯(温度は600〜800℃程度)との接触によ
り焼き付きやかじり、折損等が生じるのを防止するため
のものであり、この硬質被膜としては従来より単層構造
のチタン化合物膜(TiN膜やTiCN膜等)や多層構
造のチタン化合物膜(TiC膜とTiN膜の積層物等)
が広く用いられている。チタン化合物膜は、その膜厚を
厚くするほど母材と溶湯との間の化学反応の遮蔽効果が
高まる。したがって、母材と溶湯との化学反応による母
材の腐食溶損を防止するうえからは、膜厚の厚いチタン
化合物膜を形成することが好ましい。また、母材との密
着性が高いチタン化合物膜を得るためには、チタン化合
物膜の圧縮残留内部応力を小さくすることが望まれる。2. Description of the Related Art A die for casting an aluminum alloy and its parts (die pins, etc.) are generally formed by forming an iron-based alloy represented by hot die steel into a desired shape (hereinafter referred to as a mother piece). It is formed by coating a predetermined surface of a material) with a hard coating. The hard coating is to prevent seizure, galling, breakage, etc. due to contact with the molten aluminum alloy (temperature is about 600 to 800 ° C.), and as the hard coating, a single layer has been conventionally used. Structure titanium compound film (TiN film, TiCN film, etc.) or multi-layered titanium compound film (lamination of TiC film and TiN film, etc.)
Is widely used. As the thickness of the titanium compound film increases, the shielding effect of the chemical reaction between the base material and the molten metal increases. Therefore, it is preferable to form a thick titanium compound film in order to prevent corrosion and erosion damage of the base material due to a chemical reaction between the base material and the molten metal. Further, in order to obtain a titanium compound film having high adhesion to the base material, it is desired to reduce the compressive residual internal stress of the titanium compound film.
【0003】これらの理由から、上記のチタン化合物膜
としては従来より化学蒸着法により形成された膜厚約5
〜10μmのチタン化合物膜が利用されてきた。しかし
ながら、化学蒸着法は処理温度が約1000℃と高温で
あるため、チタン化合物膜の形成時に母材に寸法変化や
歪み等が生じ易いという難点がある。このため、近年で
は物理蒸着法で形成したチタン化合物膜が多用されてい
る。物理蒸着法によれば500℃以下の処理温度でチタ
ン化合物膜を形成することができるので、チタン化合物
膜の形成時に母材に寸法変化や歪み等が生じにくい。For these reasons, the titanium compound film has a film thickness of about 5 conventionally formed by the chemical vapor deposition method.
-10 μm titanium compound films have been utilized. However, the chemical vapor deposition method has a processing temperature as high as about 1000 ° C., and therefore has a drawback that a base material is likely to undergo dimensional change, distortion, and the like when forming a titanium compound film. Therefore, in recent years, titanium compound films formed by the physical vapor deposition method have been widely used. According to the physical vapor deposition method, the titanium compound film can be formed at a processing temperature of 500 ° C. or less, so that the base material is unlikely to undergo dimensional change or distortion during the formation of the titanium compound film.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、物理蒸
着法により形成したチタン化合物膜は圧縮残留内部応力
が比較的大きく、その膜厚を5μmより厚くすると母材
との密着性が損なわれたりチッピング等が起き易くなっ
たりする。このため、前記の硬質被膜として物理蒸着法
によりチタン化合物膜を形成する場合、その膜厚の上限
は概ね5μmに制限されるが、このようなチタン化合物
膜には母材と溶湯との間の化学反応の遮蔽効果が低い、
すなわち溶損の防止効果が低いという難点がある。However, the titanium compound film formed by the physical vapor deposition method has a relatively large compressive residual internal stress, and if the film thickness is made thicker than 5 μm, the adhesion with the base material is impaired or chipping or the like occurs. May occur easily. Therefore, when the titanium compound film is formed as the hard coating film by physical vapor deposition, the upper limit of the film thickness is limited to about 5 μm. However, in such a titanium compound film, a film between the base material and the molten metal is formed. Low shielding effect of chemical reaction,
That is, there is a drawback that the effect of preventing melting loss is low.
【0005】また、チタン化合物膜は高温硬さが比較的
低いため、硬質粒子(Si粒子等)を含んだ溶湯(アル
ミニウム合金の溶湯等)が高速でぶつかってアブレッシ
ブ磨耗を引起こすような環境下での耐磨耗性が不十分で
あるという難点もある。さらに、チタン化合物膜は母材
の鋼との熱膨脹係数の適合性が比較的低いため、アルミ
ニウム合金鋳造用金型やその部品のように温度差の大き
い熱サイクルがかかる器具あるいは部材に利用するとク
ラックが比較的発生し易い。クラックが発生すると溶湯
と母材とが直接反応してしまう結果、母材が損傷する。
その他、チタン化合物膜は耐酸化性に比較的劣るため、
酸化した部分の脱落に起因する被膜損傷が比較的大き
く、また、チタン酸化物が表面に形成されるとアルミニ
ウム合金の溶湯により濡れ易くなるという難点もある。In addition, since the titanium compound film has a relatively low hardness at high temperature, it is in an environment where molten metal containing hard particles (Si particles, etc.) (aluminum alloy molten metal, etc.) collides at high speed and causes abrasive wear. There is also a drawback that the abrasion resistance is insufficient. Furthermore, since the titanium compound film has a relatively low compatibility of the coefficient of thermal expansion with the steel of the base material, it will not crack when it is used in a device or member that is subject to a large temperature difference such as an aluminum alloy casting mold and its parts. Is relatively easy to occur. When cracks occur, the molten metal and the base material react directly with each other, resulting in damage to the base material.
In addition, since the titanium compound film is relatively inferior in oxidation resistance,
The coating film is relatively damaged due to the falling off of the oxidized portion, and when titanium oxide is formed on the surface, it is easily wet by the molten aluminum alloy.
【0006】本発明の目的は、アルミニウム合金の溶湯
のような高温の流動性物質と繰り返し接した場合でも当
該高温物質から母材を保護する効果に優れ、かつ、形成
時に母材に寸法変化や歪み等が生じにくい硬質被膜と、
この硬質被膜による被覆方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide an excellent effect of protecting the base material from the high temperature substance even when it is repeatedly contacted with a high temperature fluid substance such as a molten aluminum alloy, and to prevent a dimensional change in the base material during formation. A hard coating that does not easily generate distortion,
It is to provide a coating method with this hard coating.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の硬質被膜は、物理蒸着法により形成されたクロム
化合物膜と、このクロム化合物膜上に直接またはクロム
化合物とチタン化合物とからなる混合膜を介して物理蒸
着法により形成されたチタン化合物膜とからなることを
特徴するものである。The hard coating of the present invention which achieves the above object comprises a chromium compound film formed by physical vapor deposition and a chromium compound and a titanium compound directly on the chromium compound film. It is characterized by comprising a titanium compound film formed by a physical vapor deposition method through a mixed film.
【0008】また、上記の目的を達成する本発明の被覆
方法は、母材の所定表面に物理蒸着法によりクロム化合
物膜を形成した後に、このクロム化合物膜上に直接また
はクロム化合物とチタン化合物とからなる混合膜を介し
て物理蒸着法によりチタン化合物膜を形成することで、
前記母材の所定表面を硬質被膜により被覆することを特
徴とするものである。Further, the coating method of the present invention which achieves the above-mentioned object, is that a chromium compound film is formed on a predetermined surface of a base material by a physical vapor deposition method, and then directly on the chromium compound film or with a chromium compound and a titanium compound. By forming a titanium compound film by a physical vapor deposition method through a mixed film consisting of
A predetermined surface of the base material is coated with a hard coating.
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。まず本発
明の硬質被膜について説明する。この硬質被膜は、上述
したように、物理蒸着法により形成されたクロム化合物
膜と、このクロム化合物膜上に直接またはクロム化合物
とチタン化合物とからなる混合膜を介して物理蒸着法に
より形成されたチタン化合物膜とからなることを特徴と
する。The present invention will be described in detail below. First, the hard coating film of the present invention will be described. As described above, the hard coating was formed by physical vapor deposition on the chromium compound film formed by physical vapor deposition and directly on the chromium compound film or through the mixed film of the chromium compound and the titanium compound. And a titanium compound film.
【0010】ここで、前記クロム化合物膜の具体例とし
ては下式(I)Here, as a specific example of the chromium compound film, the following formula (I) is used.
【化1】 (式中、xは0.4〜1.5の範囲内の数値を示す。)
で表されるクロムの窒化物や、下式(II)[Chemical 1] (In the formula, x represents a numerical value within the range of 0.4 to 1.5.)
Chromium nitride represented by or the following formula (II)
【化2】 (式中、xは1.0〜2.0の範囲内の数値を示す。)
で表されるクロムの酸化物、あるは下式(III)[Chemical 2] (In the formula, x represents a numerical value within the range of 1.0 to 2.0.)
An oxide of chromium represented by the following formula (III)
【化3】 (式中、xは1.0〜2.0の範囲内の数値を示し、y
は0.4〜1.1の範囲内の数値を示す。)で表される
クロムの酸窒化物からなる膜が挙げられる。[Chemical 3] (In the formula, x represents a numerical value within the range of 1.0 to 2.0, and y
Indicates a numerical value within the range of 0.4 to 1.1. ) A film made of oxynitride of chromium represented by
【0011】このクロム化合物膜は熱CVD等の化学蒸
着法により形成することもできるが、化学蒸着法は原料
ガスの取扱いが困難であり、また成膜時に母材に寸法変
化や歪み等が生じ易い。このような理由から、本発明で
は上記クロム化合物膜を反応性蒸着法、反応性スパッタ
リング法、反応性イオンプレーティング法(HCD(ホ
ローカソード放電)反応性イオンプレーティング法を含
む)等の物理蒸着法により設ける。これらの物理蒸着法
の中でも、生成される被膜の結晶構造の制御性や被膜の
母材への密着強さ等の点から、特に反応性イオンプレー
ティング法が好ましい。クロム化合物膜の成膜条件の詳
細については後述する。Although this chromium compound film can be formed by a chemical vapor deposition method such as thermal CVD, it is difficult to handle the raw material gas in the chemical vapor deposition method, and the base material undergoes dimensional change and distortion during film formation. easy. For this reason, in the present invention, the above chromium compound film is subjected to physical vapor deposition such as reactive vapor deposition, reactive sputtering, reactive ion plating (including HCD (hollow cathode discharge) reactive ion plating). Established by law. Among these physical vapor deposition methods, the reactive ion plating method is particularly preferable in terms of controllability of the crystal structure of the formed film and adhesion strength of the film to the base material. Details of film forming conditions for the chromium compound film will be described later.
【0012】クロム化合物膜の膜厚は、当該クロム化合
物膜上に直接またはクロム化合物とチタン化合物とから
なる混合膜を介して設けられるチタン化合物膜の膜厚
や、目的とする硬質被膜の用途等に応じて異なるが、2
〜20μmの範囲内の所定値とすることが好ましい。膜
厚が2μm未満では母材と溶湯との間の化学反応の遮蔽
効果が不十分となり易い。また本発明の硬質被膜の耐磨
耗性はクロム化合物膜の高温硬さに大きく依存してお
り、クロム化合物膜の膜厚が2μm未満では耐磨耗性の
高い硬質被膜を得ることが困難である。一方、膜厚が2
0μmを超えると硬質被膜の生産性が低下すると共に耐
チッピング性も低下する。クロム化合物膜の特に好まし
い膜厚は3〜10μmの範囲内である。The thickness of the chromium compound film may be the thickness of the titanium compound film provided directly on the chromium compound film or through the mixed film of the chromium compound and the titanium compound, the intended use of the hard coating film, etc. 2 depending on
It is preferable that the predetermined value is within a range of ˜20 μm. When the film thickness is less than 2 μm, the effect of shielding the chemical reaction between the base material and the molten metal tends to be insufficient. Further, the wear resistance of the hard coating of the present invention largely depends on the high temperature hardness of the chromium compound film, and if the thickness of the chromium compound film is less than 2 μm, it is difficult to obtain a hard coating having high wear resistance. is there. On the other hand, the film thickness is 2
If it exceeds 0 μm, the productivity of the hard coating decreases and the chipping resistance also decreases. The particularly preferable film thickness of the chromium compound film is in the range of 3 to 10 μm.
【0013】また、上述したクロム化合物膜の上に形成
される前記チタン化合物膜の具体例としては下式(IV)A specific example of the titanium compound film formed on the above-mentioned chromium compound film is represented by the following formula (IV)
【化4】 (式中、xは0.5〜1.5の範囲内の数値を示す。)
で表されるチタンの窒化物や、下式(V)[Chemical 4] (In the formula, x represents a numerical value within the range of 0.5 to 1.5.)
Titanium nitride represented by
【化5】 (式中、xおよびyはそれぞれに独立に0.5〜1.5
の範囲内の数値を示す。)で表されるチタンの炭窒化
物、下式(VI)[Chemical 5] (In the formula, x and y are each independently 0.5 to 1.5.
Indicates a value within the range. ) Titanium carbonitride represented by the following formula (VI)
【化6】 (式中、xは0.5〜2.0の範囲内の数値を示し、y
は0.5〜1.5の範囲内の数値を示す。)で表される
チタンの酸窒化物、あるいは下式(VII)[Chemical 6] (In the formula, x represents a numerical value within the range of 0.5 to 2.0, and y
Indicates a numerical value within the range of 0.5 to 1.5. ) Titanium oxynitride represented by), or the following formula (VII)
【化7】 (式中、xは0.5〜2.0の範囲内の数値を示し、y
およびzはそれぞれに独立に0.5〜1.5の範囲内の
数値を示す。)で表されるチタンの酸窒炭化物からなる
膜が挙げられる。[Chemical 7] (In the formula, x represents a numerical value within the range of 0.5 to 2.0, and y
And z each independently represent a numerical value within the range of 0.5 to 1.5. A film made of titanium oxynitride carbide represented by
【0014】このチタン化合物膜も化学蒸着法により形
成することができるが、前述したクロム化合物膜と同様
の理由から物理蒸着法、特に反応性イオンプレーティン
グ法により設けることが好ましい。チタン化合物膜の成
膜条件の詳細については後述する。This titanium compound film can also be formed by the chemical vapor deposition method, but it is preferably provided by the physical vapor deposition method, particularly the reactive ion plating method, for the same reason as the above-mentioned chromium compound film. Details of the film forming conditions for the titanium compound film will be described later.
【0015】チタン化合物膜の膜厚は、当該チタン化合
物膜の下に設けられているクロム化合物膜の膜厚や目的
とする硬質被膜の用途等に応じて異なるが、1〜5μm
の範囲内の所定値とすることが好ましい。膜厚が1μm
未満では母材と溶湯との間の化学反応の遮蔽効果や、得
られる硬質被膜の耐磨耗性が不十分となり易い。一方、
膜厚が5μmを超えると膜内部の圧縮残留内部応力が大
きくなってその付着性が低下するため好ましくない。チ
タン化合物膜の特に好ましい膜厚は2〜4μmの範囲内
である。The thickness of the titanium compound film varies depending on the thickness of the chromium compound film provided under the titanium compound film and the intended use of the hard coating, but is 1 to 5 μm.
It is preferable that the predetermined value is within the range. Film thickness is 1 μm
If the amount is less than the above, the effect of shielding the chemical reaction between the base material and the molten metal and the abrasion resistance of the obtained hard coating tend to be insufficient. on the other hand,
When the film thickness exceeds 5 μm, the compressive residual internal stress inside the film increases and the adhesiveness thereof decreases, which is not preferable. The particularly preferable film thickness of the titanium compound film is in the range of 2 to 4 μm.
【0016】上述したチタン化合物膜は、前述したクロ
ム化合物膜の上に直接形成されていてもよいが、この場
合にはクロム化合物膜とチタン化合物膜の物性(熱膨張
率、弾性率、靱性値、強度、熱伝導率等)が異なること
から、加熱−冷却の過程でチタン化合物膜とクロム化合
物膜との界面近傍に大きな熱応力が発生して被膜あるい
は界面の破壊につながるおそれがある。したがって、上
述したチタン化合物膜は、クロム化合物とチタン化合物
とからなる混合膜を介して、前述したクロム化合物膜上
に形成されていることがより好ましい。The above-mentioned titanium compound film may be directly formed on the above-mentioned chromium compound film. In this case, the physical properties (coefficient of thermal expansion, elastic modulus, toughness value) of the chromium compound film and the titanium compound film are used. , Strength, thermal conductivity, etc.), a large thermal stress may be generated in the vicinity of the interface between the titanium compound film and the chromium compound film during the heating-cooling process, resulting in destruction of the film or interface. Therefore, it is more preferable that the titanium compound film described above is formed on the chromium compound film described above through a mixed film of a chromium compound and a titanium compound.
【0017】上記混合膜を構成するクロム化合物および
チタン化合物の具体例としては、前記式(I)〜前記式
(III) で表されるクロム化合物および前記式(IV)〜前
記式(VII) で表されるチタン化合物がそれぞれ挙げられ
る。混合膜を構成するクロム化合物の組成は当該混合膜
の下地であるクロム化合物膜の組成と異なっていてもよ
いが、上述の熱応力を緩和させるうえからはクロム化合
物膜の組成と同一にすることが特に好ましい。同様に、
混合膜を構成するチタン化合物の組成も当該混合膜の上
に設けるチタン化合物膜の組成と同一にすることが特に
好ましい。Specific examples of the chromium compound and the titanium compound forming the above mixed film include the above formulas (I) to
Examples thereof include a chromium compound represented by (III) and a titanium compound represented by the above formulas (IV) to (VII). The composition of the chromium compound forming the mixed film may be different from the composition of the chromium compound film which is the base of the mixed film, but it should be the same as the composition of the chromium compound film in order to reduce the above-mentioned thermal stress. Is particularly preferable. Similarly,
It is particularly preferable that the composition of the titanium compound forming the mixed film is the same as the composition of the titanium compound film provided on the mixed film.
【0018】また、混合膜における組成分布はその厚さ
方向について実質的に均一なものであってもよいし、ク
ロム化合物膜側からチタン化合物側にかけてチタン化合
物の割合が漸次増加するものであってもよい。チタン化
合物の割合が漸次増加する組成分布の場合、チタン化合
物の割合の変化は連続的なものであってもよいし段階的
なものであってもよい。いずれの組成分布をとる場合で
あっても、当該混合膜は前述したクロム化合物膜および
チタン化合物膜と同様の理由から物理蒸着法、特に反応
性イオンプレーティング法により形成することが好まし
い。混合膜の成膜条件の詳細については後述する。The composition distribution in the mixed film may be substantially uniform in the thickness direction, or the ratio of the titanium compound gradually increases from the chromium compound film side to the titanium compound side. Good. In the case of a composition distribution in which the ratio of the titanium compound gradually increases, the change in the ratio of the titanium compound may be continuous or stepwise. Regardless of which composition distribution is used, the mixed film is preferably formed by a physical vapor deposition method, particularly a reactive ion plating method, for the same reason as the above-described chromium compound film and titanium compound film. The details of the conditions for forming the mixed film will be described later.
【0019】混合膜の膜厚は0.5〜10μmの範囲内
とすることが好ましい。膜厚が0.5μm未満では混合
膜による熱応力緩和効果が不十分となり易い。一方、膜
厚が10μmを超えるとクロム化合物膜およびチタン化
合物膜の各特性を十分に活かすことが困難になる。混合
膜の特に好ましい膜厚は0.5〜5μmの範囲内であ
る。The thickness of the mixed film is preferably in the range of 0.5 to 10 μm. If the film thickness is less than 0.5 μm, the thermal stress relaxation effect of the mixed film tends to be insufficient. On the other hand, if the film thickness exceeds 10 μm, it will be difficult to fully utilize the respective characteristics of the chromium compound film and the titanium compound film. A particularly preferable film thickness of the mixed film is in the range of 0.5 to 5 μm.
【0020】前述したクロム化合物膜上に直接または上
述した混合膜を介して前述のチタン化合物膜を形成する
ことにより、目的とする硬質被膜を得ることができる。
この硬質被膜の膜厚はその用途等に応じて適宜変更可能
であるが、3〜25μmの範囲内とすることが好まし
い。硬質被膜の膜厚が3μm未満ではクロム化合物膜お
よびチタン化合物膜の各膜厚をどのように組み合わせて
も目的とする硬質被膜を得ることが困難になる。一方、
膜厚が25μmを超えると生産性および耐チッピング性
が低下する。硬質被膜の特に好ましい膜厚は5〜15μ
mの範囲内である。なお、本発明の硬質被膜においてク
ロム化合物膜とチタン化合物膜の組み合わせは多種類あ
るが、CrN膜とTiN膜とを組み合わせたものが最も
好ましい。By forming the above-mentioned titanium compound film directly on the above-mentioned chromium compound film or through the above-mentioned mixed film, a desired hard coating film can be obtained.
The film thickness of the hard coating can be appropriately changed according to its application and the like, but it is preferably within the range of 3 to 25 μm. If the film thickness of the hard film is less than 3 μm, it will be difficult to obtain the desired hard film regardless of the combination of the film thicknesses of the chromium compound film and the titanium compound film. on the other hand,
If the film thickness exceeds 25 μm, the productivity and the chipping resistance decrease. A particularly preferred film thickness of the hard coating is 5 to 15 μ.
It is within the range of m. There are many combinations of the chromium compound film and the titanium compound film in the hard coating film of the present invention, but the combination of the CrN film and the TiN film is most preferable.
【0021】本発明の硬質被膜は、SKD61,YXR
33等の熱間合金工具鋼や熱間ダイス鋼等に代表される
鉄系合金からなる母材に対する付着性(密着力)に優れ
ている他、銅合金等からなる母材に対する付着性(密着
力)にも優れている。また、この硬質被膜はアルミニウ
ム合金の溶湯や、ゴムの液状溶融物、あるいは熱可塑性
樹脂の液状溶融物等のような高温の流動性物質と繰り返
し接した場合でも、当該高温物質から母材を保護する効
果に優れている。さらに、硬質被膜を構成する各膜は物
理蒸着法により形成されているので、その形成時に母材
に寸法変化や歪み等が生じることは起こりにくい。The hard coating of the present invention comprises SKD61, YXR
It has excellent adhesiveness (adhesion) to the base material made of iron-based alloys such as 33 and other hot-alloy tool steels and hot-die steels, and also adheres to the base material made of copper alloys (adhesion). Power) is also excellent. In addition, this hard coating protects the base material from the high temperature substances even when repeatedly contacted with high temperature fluid substances such as molten aluminum alloy, liquid melt of rubber, liquid melt of thermoplastic resin, etc. The effect of doing is excellent. Furthermore, since each film constituting the hard coating is formed by the physical vapor deposition method, it is unlikely that the base material undergoes dimensional change or distortion during its formation.
【0022】したがって、本発明の硬質被膜はアルミニ
ウム合金鋳造用金型の母材やその部品(金型ピン等)の
母材を保護するための被膜として好適である他、ゴム成
形用金型、プラスチック成形用金型、プレス金型、食品
機械用金型、温間鍛造用金型等の各種金型の母材やそれ
らの部品(金型ピン等)の母材を保護するための被膜と
しても好適である。Therefore, the hard coating of the present invention is suitable as a coating for protecting the base material of the aluminum alloy casting mold and the base material of its parts (mold pins, etc.), as well as the rubber molding mold, As a coating to protect the base material of various dies such as plastic molding dies, press dies, food machine dies, warm forging dies, and the base materials of those parts (die pins, etc.) Is also suitable.
【0023】また、本発明の硬質被膜は表面がチタン化
合物膜からなるため、表面にこの硬質被膜を有する金型
やその部品は成型品との離型性に優れている。このた
め、成型時に金型やその部品の表面に付着した原料(ア
ルミニウム合金の溶湯等)は、冷却後に比較的容易に剥
離することができる。これは、実際の鋳造作業において
金型やその部品の定期的保守を容易にする。Further, since the surface of the hard coating of the present invention is made of the titanium compound film, the mold having the hard coating on the surface and the parts thereof have excellent releasability from the molded product. For this reason, the raw material (such as molten aluminum alloy) attached to the surface of the mold or its components during molding can be separated relatively easily after cooling. This facilitates regular maintenance of the mold and its parts in the actual casting operation.
【0024】本発明の硬質被膜による被覆は、硬質被膜
形成時に母材に寸法変化や歪み等が生じることを防止す
るうえから、以下に述べる本発明の方法により行う。本
発明の方法は、前述したように、母材の所定表面に物理
蒸着法によりクロム化合物膜を形成した後に、このクロ
ム化合物膜上に直接またはクロム化合物とチタン化合物
とからなる混合膜を介して物理蒸着法によりチタン化合
物膜を形成することで、前記母材の所定表面を硬質被膜
により被覆することを特徴とするものである。The coating with the hard coating of the present invention is carried out by the method of the present invention described below in order to prevent the base material from undergoing dimensional change and distortion during the formation of the hard coating. As described above, the method of the present invention is, as described above, after forming a chromium compound film on a predetermined surface of a base material by a physical vapor deposition method, directly on the chromium compound film or through a mixed film composed of a chromium compound and a titanium compound. By forming a titanium compound film by a physical vapor deposition method, a predetermined surface of the base material is covered with a hard coating.
【0025】ここで、前記クロム化合物膜および前記チ
タン化合物膜の具体例ならびにこれらの膜の膜厚は、既
に説明した本発明の硬質被膜の中で例示した通りであ
る。また、前記クロム化合物膜と前記チタン化合物膜と
の間に必要に応じて介在させる前記混合膜の具体例なら
びにこの膜の組成分布および膜厚も、既に説明した本発
明の硬質被膜の中で例示した通りである。Here, specific examples of the chromium compound film and the titanium compound film and the film thicknesses of these films are as exemplified in the hard coating film of the present invention described above. In addition, specific examples of the mixed film to be interposed between the chromium compound film and the titanium compound film as necessary, and the composition distribution and film thickness of this film are also exemplified in the hard coating film of the present invention already described. As I did.
【0026】上述のクロム化合物膜やチタン化合物膜を
形成する際に適用する物理蒸着法の具体例としては、反
応性蒸着法、反応性スパッタリング法、反応性イオンプ
レーティング法(HCD(ホローカソード放電)反応性
イオンプレーティング法を含む)等が挙げられが、前述
したように特に反応性イオンプレーティング法が好まし
い。また、上述の混合膜も前述したように物理蒸着法に
より形成し、特に反応性イオンプレーティング法により
形成することが好ましい。Specific examples of the physical vapor deposition method applied when forming the above-mentioned chromium compound film or titanium compound film include a reactive vapor deposition method, a reactive sputtering method, a reactive ion plating method (HCD (hollow cathode discharge). ), Including the reactive ion plating method), but the reactive ion plating method is particularly preferable as described above. Also, the above-mentioned mixed film is preferably formed by the physical vapor deposition method as described above, and particularly preferably formed by the reactive ion plating method.
【0027】クロム化合物膜を形成する際の成膜条件
は、適用する物理蒸着法の種類や目的とするクロム化合
物膜の組成等に応じて異なるため一概には規定できない
が、例えばHCD反応性イオンプレーティング法により
クロムの窒化物膜を成膜する場合の成膜条件の一例とし
ては、次の条件が挙げられる。 ・成膜条件 蒸発金属Cr,プラズマ電圧30〜60V,プラズマ電
流150〜250A,Arガス流量30〜80SCCM,反
応ガス(N2 ガス)流量50〜250SCCM,基板バイア
ス電圧30〜250V,真空度0.8×10-3〜5×1
0-3Torr。The film forming conditions for forming the chromium compound film are different depending on the type of physical vapor deposition method to be applied and the composition of the target chromium compound film, and therefore cannot be specified unconditionally. For example, HCD reactive ions are used. The following conditions are given as an example of film forming conditions for forming a chromium nitride film by the plating method. Film forming conditions Cr vaporized metal, plasma voltage 30 to 60 V, plasma current 150 to 250 A, Ar gas flow rate 30 to 80 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 50 to 250 SCCM, substrate bias voltage 30 to 250 V, vacuum degree 0. 8 x 10 -3 to 5 x 1
0 -3 Torr.
【0028】また、HCD反応性イオンプレーティング
法によりクロムの酸化物膜を成膜する場合の成膜条件の
一例としては、N2 ガスに代えてO2 ガスを反応ガスと
して用いるとともにその流量を50〜150SCCMとし、
他の条件は上述したクロムの窒化物膜の成膜条件と同一
とした条件が挙げられる。そして、HCD反応性イオン
プレーティング法によりクロムの酸窒化物膜を成膜する
場合の成膜条件の一例としては、反応ガスとしてO2 ガ
スおよびN2 ガスを用いるとともにO2 ガス流量を50
〜150SCCM、N2 ガス流量を50〜250SCCMとし、
他の条件は上述したクロムの窒化物膜の成膜条件と同一
とした条件が挙げられる。Further, as an example of film forming conditions for forming a chromium oxide film by the HCD reactive ion plating method, O 2 gas is used as a reaction gas instead of N 2 gas, and its flow rate is 50-150 SCCM,
Other conditions may be the same as the above-mentioned conditions for forming the chromium nitride film. Then, as an example of film forming conditions for forming a chromium oxynitride film by the HCD reactive ion plating method, O 2 gas and N 2 gas are used as a reaction gas, and an O 2 gas flow rate is 50.
~150SCCM, the N 2 gas flow rate and 50~250SCCM,
Other conditions may be the same as the above-mentioned conditions for forming the chromium nitride film.
【0029】一方、チタン化合物膜を形成する際の成膜
条件も、適用する物理蒸着法の種類や目的とするチタン
化合物膜の組成等に応じて異なるため一概には規定でき
ないが、例えばHCD反応性イオンプレーティング法に
よりチタンの窒化物膜を成膜する場合の成膜条件の一例
としては、次の条件が挙げられる。 ・成膜条件 蒸発金属Ti,プラズマ電圧30〜60V,プラズマ電
流200〜300A,Arガス流量30〜80SCCM,反
応ガス(N2 ガス)流量50〜250SCCM,基板バイア
ス電圧30〜250V,真空度0.8×10-3〜5×1
0-3Torr。On the other hand, the film forming conditions for forming the titanium compound film are different depending on the type of physical vapor deposition method to be applied and the composition of the target titanium compound film, and therefore cannot be specified unconditionally. For example, HCD reaction The following conditions may be mentioned as an example of film forming conditions for forming a titanium nitride film by the reactive ion plating method. Deposition conditions: evaporated metal Ti, plasma voltage 30 to 60 V, plasma current 200 to 300 A, Ar gas flow rate 30 to 80 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 50 to 250 SCCM, substrate bias voltage 30 to 250 V, vacuum degree 0. 8 x 10 -3 to 5 x 1
0 -3 Torr.
【0030】また、HCD反応性イオンプレーティング
法によりチタンの炭窒化物膜を成膜する場合の成膜条件
の一例としては、反応ガスとしてC2 H2 ガスおよびN
2 ガスを用いるとともにC2 H2 ガス流量を50〜20
0SCCM、N2 ガス流量を50〜250SCCMとし、他の条
件は上述したチタンの窒化物膜の成膜条件と同一とした
条件が挙げられる。HCD反応性イオンプレーティング
法によりチタンの酸窒化物膜を成膜する場合の成膜条件
の一例としては、反応ガスとしてO2 ガスおよびN2 ガ
スを用いるとともにO2 ガス流量を50〜150SCCM、
N2 ガス流量を50〜250SCCMとし、他の条件は上述
したチタンの窒化物膜の成膜条件と同一とした条件が挙
げられる。そして、HCD反応性イオンプレーティング
法によりチタンの酸窒炭化物膜を成膜する場合の成膜条
件の一例としては、反応ガスとしてO2 ガス、N2 ガス
およびC2 H2 ガスを用いるとともにO2 ガス流量を5
0〜150SCCM、N2 ガス流量を50〜250SCCM、C
2 H2 ガス流量を50〜200SCCMとし、他の条件は上
述したチタンの窒化物膜の成膜条件と同一とした条件が
挙げられる。In addition, as an example of film forming conditions for forming a carbonitride film of titanium by the HCD reactive ion plating method, C 2 H 2 gas and N 2 are used as reaction gases.
2 gas is used and the flow rate of C 2 H 2 gas is 50 to 20
The conditions are 0 SCCM, the N 2 gas flow rate is 50 to 250 SCCM, and other conditions are the same as the above-described titanium nitride film forming conditions. As an example of film forming conditions for forming a titanium oxynitride film by the HCD reactive ion plating method, O 2 gas and N 2 gas are used as a reaction gas and an O 2 gas flow rate is 50 to 150 SCCM.
The N 2 gas flow rate is 50 to 250 SCCM, and the other conditions are the same as the above-described titanium nitride film forming conditions. Then, as an example of film forming conditions for forming a titanium oxynitride carbide film by the HCD reactive ion plating method, O 2 gas, N 2 gas and C 2 H 2 gas are used as a reaction gas and 2 gas flow rate 5
0~150SCCM, the N 2 gas flow rate 50~250SCCM, C
The 2 H 2 gas flow rate is 50 to 200 SCCM, and the other conditions are the same as the above-described titanium nitride film forming conditions.
【0031】さらに、混合膜を形成する際の成膜条件
も、適用する物理蒸着法の種類や目的とする混合膜の組
成等に応じて異なるため一概には規定できないが、例え
ばHCD反応性イオンプレーティング法によりクロムの
窒化物とチタンの窒化物とからなる混合膜を成膜する場
合の成膜条件の一例としては、次の成膜条件が挙げられ
る。Further, the film forming conditions for forming the mixed film are different depending on the type of physical vapor deposition method to be applied and the composition of the intended mixed film, and therefore cannot be specified unconditionally. For example, HCD reactive ions are used. The following film forming conditions are given as an example of film forming conditions for forming a mixed film of chromium nitride and titanium nitride by a plating method.
【0032】・成膜条件 蒸発金属CrおよびTi,Cr側のプラズマ電圧30〜
60V,Ti側のプラズマ電圧30〜60V,Cr側の
プラズマ電流150〜250A,Ti側のプラズマ電流
200〜300A,Arガス流量30〜80SCCM,反応
ガス(N2 ガス)流量50〜250SCCM,基板バイアス
電圧30〜250V,真空度0.8×10-3〜5×10
-3Torr。Film forming conditions Plasma voltage of evaporated metal Cr and Ti, Cr side 30-
60 V, Ti side plasma voltage 30 to 60 V, Cr side plasma current 150 to 250 A, Ti side plasma current 200 to 300 A, Ar gas flow rate 30 to 80 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 50 to 250 SCCM, substrate bias Voltage 30 to 250 V, vacuum degree 0.8 × 10 −3 to 5 × 10
-3 Torr.
【0033】以上のようにして母材の所定表面にクロム
化合物膜、必要に応じての混合膜、およびチタン化合物
膜を物理蒸着法により順次形成することで、母材の所定
表面を所望の硬質被膜により被覆することができる。な
お、硬質被膜の膜厚はその用途等に応じて適宜変更可能
であるが、既に説明した本発明の硬質被膜の中で述べた
ように、3〜25μmの範囲内、特に5〜15μmの範
囲内とすることが好ましい。As described above, the chromium compound film, the mixed film if necessary, and the titanium compound film are sequentially formed on the predetermined surface of the base material by the physical vapor deposition method, whereby the predetermined surface of the base material is made to have a desired hardness. It can be covered by a coating. The thickness of the hard coating can be appropriately changed according to its application, etc., but as described in the hard coating of the present invention described above, it is within the range of 3 to 25 μm, and particularly 5 to 15 μm. It is preferable to set the inside.
【0034】[0034]
【作用】本発明の硬質被膜は、クロム化合物膜により母
材と接している。このクロム化合膜は、チタン化合物膜
よりも母材(鉄系合金や銅合金)に対する密着性に優れ
ている他、残留内部応力が小さいため物理蒸着法により
形成した場合でも厚膜化が容易である。また、このクロ
ム膜上に直接またはクロム化合物とチタン化合物とから
なる混合層を介して設けられるチタン化合物膜は、アル
ミニウム合金の溶湯、ゴムの液状溶融物、熱可塑性樹脂
の液状溶融物等のような高温の流動性物質との親和性お
よび反応性が低い。したがって、クロム化合膜およびチ
タン化合物膜の膜厚を所定値とすることにより、母材と
の密着性が高く、かつ前記高温の流動性物質と母材との
間の化学反応の遮蔽効果が高い硬質被膜を容易に得るこ
とができ、これにより前記高温の流動性物質と母材との
化学反応による母材の腐食溶損を容易に防止することが
可能になる。The hard coating of the present invention is in contact with the base material by the chromium compound film. This chromium compound film is superior in adhesion to the base material (iron-based alloy or copper alloy) than the titanium compound film, and since the residual internal stress is small, it is easy to thicken the film even when formed by physical vapor deposition. is there. In addition, the titanium compound film provided directly on this chromium film or through a mixed layer of a chromium compound and a titanium compound is used as a molten aluminum alloy, a liquid melt of rubber, a liquid melt of a thermoplastic resin, or the like. Low affinity and reactivity with high temperature fluid substances. Therefore, by setting the film thicknesses of the chromium compound film and the titanium compound film to predetermined values, the adhesion with the base material is high and the shielding effect of the chemical reaction between the high temperature fluid substance and the base material is high. A hard coating can be easily obtained, which makes it possible to easily prevent corrosive erosion of the base material due to the chemical reaction between the high temperature fluid substance and the base material.
【0035】また、クロム化合物膜は高温下での耐酸化
性に優れているため、酸化した部分の脱落に起因する被
膜損傷が少ない。そして、クロム化合物膜は高温硬さに
優れているため、アブレッシブ磨耗に対する耐磨耗性が
高い。さらに、クロム化合物膜は母材の鋼との熱膨脹係
数の適合性が高いため、温度差の大きい熱サイクルがか
かった場合でもクラックが発生しにくい。したがって、
前記高温の流動性物質との繰り返し接触により仮にチタ
ン化合物膜にクラック等が生じて当該チタン化合物膜が
侵食されたとしても、前記高温の流動性物質と母材が直
接反応することはクロム化合物膜によって抑止されるの
で、母材の損傷は少ない。Further, since the chromium compound film is excellent in oxidation resistance at high temperatures, the film damage caused by the falling off of the oxidized part is small. Since the chromium compound film is excellent in high temperature hardness, it has high wear resistance against abrasive wear. Further, since the chromium compound film has a high compatibility of the coefficient of thermal expansion with the base steel, cracks are less likely to occur even when subjected to a thermal cycle with a large temperature difference. Therefore,
Even if the titanium compound film is eroded due to cracks or the like in the titanium compound film due to repeated contact with the high temperature fluid substance, the direct reaction between the high temperature fluid substance and the base material means that the chromium compound film As a result, the base material is less damaged.
【0036】一方、チタン化合物膜は前述のように前記
高温の流動性物質との親和性および反応性が低い。した
がって、例えば本発明の硬質被膜を金型の母材の所定表
面に設けて金型を形成した場合には、当該金型は成型品
との離型性に優れる。このため、成型時に金型やその部
品の表面に付着した原料(アルミニウム合金の溶湯等)
は、冷却後に比較的容易に剥離することができる。これ
は、実際の鋳造作業において金型の定期的保守を容易に
する。On the other hand, the titanium compound film has low affinity and reactivity with the above-mentioned high temperature fluid substance, as described above. Therefore, for example, when the hard coating of the present invention is provided on a predetermined surface of the base material of the mold to form the mold, the mold has excellent releasability from the molded product. For this reason, the raw materials (such as molten aluminum alloy) attached to the surface of the mold and its parts during molding.
Can be peeled off relatively easily after cooling. This facilitates regular mold maintenance in the actual casting operation.
【0037】このように、本発明の硬質被膜ではクロム
化合物膜とチタン化合物膜とがそれぞれ異なる役割を適
正に果たしているので、単層構造または多層構造のチタ
ン化合物膜からなる従来の硬質被膜よりも母材を保護す
る効果に優れている。また硬質被膜を構成する各膜は物
理蒸着法により設けられているので、その形成時に母材
に寸法変化や歪み等が生じることは起きにくい。As described above, in the hard coating of the present invention, the chromium compound film and the titanium compound film properly play different roles. Excellent in protecting the base material. Further, since each film constituting the hard coating is provided by the physical vapor deposition method, it is unlikely that the base material undergoes dimensional change or distortion during its formation.
【0038】なお、クロム化合物膜とチタン化合物膜と
の間にクロム化合物とチタン化合物とからなる混合層を
介在させた場合には、クロム化合物膜とチタン化合物膜
の物性値(熱膨張率、弾性率、靱性値、強度、熱伝導率
等)の差異に起因してこれらの膜の界面近傍に加熱−冷
却の過程で大きな熱応力が発生するのを抑制することが
できる。したがって、混合膜を有する硬質被膜を形成す
ることにより、前記高温の流動性物質との繰り返し接触
のような温度差の大きい熱サイクルがかかった場合に硬
質被膜が破壊してしまう可能性を低減させることができ
る。When a mixed layer composed of a chromium compound and a titanium compound is interposed between the chromium compound film and the titanium compound film, the physical properties of the chromium compound film and the titanium compound film (coefficient of thermal expansion, elasticity, etc.) Rate, toughness value, strength, thermal conductivity, etc.), it is possible to suppress the generation of a large thermal stress in the vicinity of the interface between these films during the heating-cooling process. Therefore, by forming a hard film having a mixed film, it is possible to reduce the possibility that the hard film will be destroyed when subjected to a thermal cycle with a large temperature difference such as repeated contact with the high temperature fluid substance. be able to.
【0039】[0039]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例1 まず、焼き入れ焼き戻し処理済み硬さHRC48のSK
D61からなる直径10mm、長さ50mmの棒状物を
用意し、この棒状物の側面(外周面)にHCD反応性イ
オンプレーティング法により膜厚3.5μmのCrN膜
を成膜した。このときの成膜条件は下記の通りである。 ・成膜条件 蒸発金属Cr,プラズマ電圧50V,プラズマ電流20
0A,Arガス流量35SCCM,反応ガス(N2 ガス)流
量100SCCM,基板バイアス電圧50V,真空度2.2
×10-3Torr。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Example 1 First, SK having a hardness of HRC48 after quenching and tempering treatment
A rod-shaped material made of D61 having a diameter of 10 mm and a length of 50 mm was prepared, and a CrN film having a thickness of 3.5 μm was formed on the side surface (outer peripheral surface) of the rod-shaped material by the HCD reactive ion plating method. The film forming conditions at this time are as follows.・ Film forming conditions Evaporated metal Cr, plasma voltage 50V, plasma current 20
0 A, Ar gas flow rate 35 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 100 SCCM, substrate bias voltage 50 V, vacuum degree 2.2.
× 10 -3 Torr.
【0040】次に、上記のCrN膜の上に、HCD反応
性イオンプレーティング法により膜厚1μmのTiN膜
を成膜した。このときの成膜条件は下記の通りである。 ・成膜条件 蒸発金属Ti,プラズマ電圧50V,プラズマ電流27
0A,Arガス流量35SCCM,反応ガス(N2 ガス)流
量150SCCM,基板バイアス電圧50V,真空度2.0
×10-3Torr。Next, a TiN film having a film thickness of 1 μm was formed on the above CrN film by the HCD reactive ion plating method. The film forming conditions at this time are as follows.・ Film forming conditions Evaporated metal Ti, plasma voltage 50V, plasma current 27
0 A, Ar gas flow rate 35 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 150 SCCM, substrate bias voltage 50 V, vacuum degree 2.0
× 10 -3 Torr.
【0041】上述のようにしてCrN膜およびTiN膜
を順次形成したことで、上述した棒状物の側面は目的と
する硬質被膜により被覆された。このようにして設けた
硬質被膜について、この硬質被膜が有する、母材(前記
の棒状物)を保護する効果を調べるにあたり、アルミニ
ウム合金(ADC12)の溶湯(以下、単に溶湯とい
う)を用いて加速度試験を行い、溶損が初めて観察され
た時点で試料表面の溶損面積比率を求めた。By sequentially forming the CrN film and the TiN film as described above, the side surface of the rod-shaped article described above was covered with the intended hard coating. Regarding the hard coating thus provided, in examining the effect of the hard coating to protect the base material (the above-mentioned rod-shaped material), the acceleration using a molten metal of aluminum alloy (ADC12) (hereinafter, simply referred to as molten metal) The test was conducted, and when the melting damage was observed for the first time, the melting damage area ratio of the sample surface was obtained.
【0042】なお、加速度試験を行うにあたっては、ま
ず、硬質被膜を設けた後の棒状物(以下、試料という)
を250℃まで予備加熱した。また、別途、温度のみが
650℃、700℃、750℃と異なる溶湯を用意し
た。そして、試料を溶湯の中に1時間浸漬した後に引き
上げて室温まで放冷し、試料の表面に付着しているアル
ミニウム合金をNaOH水溶液で除去した後に溶損の有
無を目視により観察するという操作を温度の低い溶湯か
ら順次行うことで加速度試験とした。In carrying out the acceleration test, first, a rod-shaped object (hereinafter referred to as a sample) after a hard coating is provided.
Was preheated to 250 ° C. Separately, melts having different temperatures of 650 ° C., 700 ° C., and 750 ° C. were prepared. Then, after immersing the sample in the molten metal for 1 hour, pulling it up, allowing it to cool to room temperature, removing the aluminum alloy adhering to the surface of the sample with an aqueous NaOH solution, and visually observing the presence or absence of melting damage. An acceleration test was performed by sequentially performing the molten metal starting from a low temperature.
【0043】この加速度試験の結果、750℃の溶湯の
中に浸漬した後の観察で初めて溶損が認められたので、
このときの試料表面の溶損面積比率を次のようにして求
めた。まず、アルミニウム合金を除去した後の試料表面
のSi(アルミニウム合金中に含まれていたもの)をふ
っ酸系の腐食液で除去してから、倍率4.10倍の写真
画像を撮影した。次いで、この写真画像から実際の寸法
で120/4.1(mm)×30/4.1(mm)に相
当する範囲を2面とり、それぞれの範囲について溶損の
発生によりアルミニウム合金が付着していた部分(以
下、溶損部分という)をトレースした後、各トレース図
面中の溶損部分の面積比率(溶損部分の全面積/トレー
ス範囲内の試料の全表面積)を画像処理によりそれぞれ
独立に求めた。ただし、溶損部分の全面積および試料の
全表面積はいずれも平面視上、すなわちトレース図面上
での面積である。そして、上記2つの範囲での溶損部分
の面積比率の平均値を算出して溶損面積比率とした。こ
の結果を表1に示す。As a result of this acceleration test, melting loss was observed for the first time after observation after immersion in the molten metal at 750 ° C.
The erosion area ratio of the sample surface at this time was determined as follows. First, after removing the aluminum alloy, Si (which was contained in the aluminum alloy) on the surface of the sample was removed with a hydrofluoric acid-based etchant, and then a photographic image with a magnification of 4.10 was taken. Then, from this photographic image, two areas corresponding to 120 / 4.1 (mm) × 30 / 4.1 (mm) in actual size were taken, and aluminum alloy adhered to each area due to occurrence of melting loss. The area ratio (total area of the erosion area / total surface area of the sample within the trace range) of the erosion area in each trace drawing is traced independently by tracing the existing area (hereinafter referred to as the erosion area). I asked. However, the total area of the erosion portion and the total surface area of the sample are both the area in plan view, that is, the area in the trace drawing. Then, the average value of the area ratios of the erosion portion in the above two ranges was calculated and used as the erosion area ratio. The results are shown in Table 1.
【0044】実施例2 まず、実施例1で使用した棒状物と同質、同一形状の棒
状物を用意し、この棒状物の側面(外周面)にHCD反
応性イオンプレーティング法により膜厚3μmのCrN
膜を成膜した。このときの成膜条件は下記の通りであ
る。 ・成膜条件 蒸発金属Cr,プラズマ電圧50V,プラズマ電流20
0A,Arガス流量30SCCM,反応ガス(N2 ガス)流
量100SCCM,基板バイアス電圧50V,真空度2.0
×10-3Torr。Example 2 First, a rod-shaped material having the same quality and the same shape as the rod-shaped material used in Example 1 was prepared, and the side surface (outer peripheral surface) of the rod-shaped material was coated with a film having a thickness of 3 μm by HCD reactive ion plating. CrN
A film was formed. The film forming conditions at this time are as follows.・ Film forming conditions Evaporated metal Cr, plasma voltage 50V, plasma current 20
0 A, Ar gas flow rate 30 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 100 SCCM, substrate bias voltage 50 V, vacuum degree 2.0
× 10 -3 Torr.
【0045】次いで、上記のCrN膜の上に、CrNと
TiNとからなる膜厚1μmの混合膜をHCD反応性イ
オンプレーティング法により成膜した。このときの成膜
条件は下記の通りである。 ・成膜条件 蒸発金属CrおよびTi,Cr側のプラズマ電圧50
V,Ti側のプラズマ電圧55V,Cr側のプラズマ電
流200A,Ti側のプラズマ電流250A,Arガス
流量30SCCM,反応ガス(N2 ガス)流量150SCCM,
基板バイアス電圧50V,真空度2.0×10-3Torr。
なお、上記の混合膜の厚さ方向についての組成分布は実
質的に均一である。Then, a mixed film of CrN and TiN having a film thickness of 1 μm was formed on the CrN film by the HCD reactive ion plating method. The film forming conditions at this time are as follows. -Film forming conditions Plasma voltage of evaporated metal Cr and Ti, Cr side 50
V, Ti side plasma voltage 55 V, Cr side plasma current 200 A, Ti side plasma current 250 A, Ar gas flow rate 30 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 150 SCCM,
Substrate bias voltage 50V, vacuum degree 2.0 × 10 −3 Torr.
The composition distribution in the thickness direction of the above mixed film is substantially uniform.
【0046】次に、上記の混合膜の上にHCD反応性イ
オンプレーティング法により膜厚1.5μmのTiN膜
を成膜した。このときの成膜条件は下記の通りである。 ・成膜条件 蒸発金属Ti,プラズマ電圧55V,プラズマ電流25
0A,Arガス流量30SCCM,反応ガス(N2 ガス)流
量120SCCM,基板バイアス電圧50V,真空度2.0
×10-3Torr。Next, a TiN film having a film thickness of 1.5 μm was formed on the above mixed film by the HCD reactive ion plating method. The film forming conditions at this time are as follows.・ Film forming conditions Evaporated metal Ti, plasma voltage 55V, plasma current 25
0 A, Ar gas flow rate 30 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 120 SCCM, substrate bias voltage 50 V, vacuum degree 2.0
× 10 -3 Torr.
【0047】上述のようにしてCrN膜、混合膜および
TiN膜を順次形成したことで、上述した棒状物の側面
は目的とする硬質被膜により被覆された。このようにし
て設けた硬質被膜について、この硬質被膜が有する、母
材(前記の棒状物)を保護する効果を調べるにあたり、
実施例1と同条件の加速度試験を行い、初めて溶損が観
察された時点での溶損面積比率を実施例1と同一手法に
より求めた。この結果を表1に示す。By sequentially forming the CrN film, the mixed film and the TiN film as described above, the side surface of the rod-shaped article described above was covered with the intended hard film. Regarding the hard coating thus provided, in examining the effect of this hard coating for protecting the base material (the rod-shaped material),
An acceleration test under the same conditions as in Example 1 was performed, and the melt-dissipation area ratio at the time when melt-dissipation was observed for the first time was determined by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 1.
【0048】比較例1 熱CVD法により設けられた膜厚3μmのTiC膜と、
同じく熱CVD法により設けられた膜厚2.5μmのT
iN膜とからなる2層構造の硬質被膜について、この硬
質被膜が有する母材の保護効果を実施例1と同条件の加
速度試験により調べた。この結果を表1に示す。Comparative Example 1 A TiC film having a film thickness of 3 μm provided by a thermal CVD method,
Similarly, a T film having a thickness of 2.5 μm formed by the thermal CVD method
For a hard coating having a two-layer structure including an iN film, the protective effect of the base material of the hard coating was examined by an acceleration test under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.
【0049】比較例2 硬質被膜として膜厚1.7μmのTiN膜をHCD反応
性イオンプレーティング法により設けた以外は実施例1
と同様にして、側面が硬質被膜により被覆された棒状物
を得た。このときの成膜条件は下記の通りである。 ・成膜条件 蒸発金属Ti,プラズマ電圧55V,プラズマ電流25
0A,Arガス流量60SCCM,反応ガス(N2 ガス)流
量150SCCM,基板バイアス電圧50V,真空度2.0
×10-3Torr。この後、この硬質被膜が有する母材(前
記の棒状物)の保護効果を実施例1と同条件の加速度試
験により調べた。この結果を表1に示す。Comparative Example 2 Example 1 except that a TiN film having a thickness of 1.7 μm was provided as a hard coating by the HCD reactive ion plating method.
In the same manner as in (1), a rod-shaped article whose side surface was coated with a hard coating was obtained. The film forming conditions at this time are as follows.・ Film forming conditions Evaporated metal Ti, plasma voltage 55V, plasma current 25
0 A, Ar gas flow rate 60 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 150 SCCM, substrate bias voltage 50 V, vacuum degree 2.0
× 10 -3 Torr. After that, the protective effect of the base material (the above-mentioned rod-shaped material) possessed by this hard coating was examined by an acceleration test under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.
【0050】比較例3 硬質被膜として膜厚3.5μmのCrN膜をHCD反応
性イオンプレーティング法により設けた以外は実施例1
と同様にして、側面が硬質被膜により被覆された棒状物
を得た。このときの成膜条件は下記の通りである。 ・成膜条件 蒸発金属Cr,プラズマ電圧50V,プラズマ電流20
0A,Arガス流量30SCCM,反応ガス(N2 ガス)流
量100SCCM,基板バイアス電圧50V,真空度2.0
×10-3Torr。この後、この硬質被膜が有する母材(前
記の棒状物)の保護効果を実施例1と同条件の加速度試
験により調べた。この結果を表1に示す。Comparative Example 3 Example 1 except that a CrN film having a thickness of 3.5 μm was provided as a hard coating by the HCD reactive ion plating method.
In the same manner as in (1), a rod-shaped article whose side surface was coated with a hard coating was obtained. The film forming conditions at this time are as follows.・ Film forming conditions Evaporated metal Cr, plasma voltage 50V, plasma current 20
0 A, Ar gas flow rate 30 SCCM, reaction gas (N 2 gas) flow rate 100 SCCM, substrate bias voltage 50 V, vacuum degree 2.0
× 10 -3 Torr. After that, the protective effect of the base material (the above-mentioned rod-shaped material) possessed by this hard coating was examined by an acceleration test under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.
【0051】比較例4 硬質被膜として膜厚1.0μmのDLC膜(ダイヤモン
ドライクカーボン膜)をイオンプレーティング法により
設けた以外は実施例1と同様にして、側面が硬質被膜に
より被覆された棒状物を得た。このときの成膜条件は下
記の通りである。 ・成膜条件 プラズマ電圧50V,プラズマ電流0.4A,Arガス
流量20SCCM,反応ガス(C6 H6 ガス)流量15SCC
M,基板バイアス電圧1000V,真空度1.8×10
-3Torr。この後、この硬質被膜が有する母材(前記の棒
状物)の保護効果を実施例1と同条件の加速度試験によ
り調べた。この結果を表1に示す。Comparative Example 4 A rod-shaped coating having a side surface coated with a hard coating was carried out in the same manner as in Example 1 except that a DLC film (diamond-like carbon film) having a film thickness of 1.0 μm was provided as the hard coating by the ion plating method. I got a thing. The film forming conditions at this time are as follows.・ Film forming conditions Plasma voltage 50V, plasma current 0.4A, Ar gas flow rate 20SCCM, reaction gas (C 6 H 6 gas) flow rate 15SCC
M, substrate bias voltage 1000V, vacuum degree 1.8 × 10
-3 Torr. After that, the protective effect of the base material (the above-mentioned rod-shaped material) possessed by this hard coating was examined by an acceleration test under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.
【0052】[0052]
【表1】 [Table 1]
【0053】表1から明らかなように、実施例1および
実施例2で得た各試料では650℃および700℃の溶
湯に浸漬したときには被覆箇所に溶損は認められず、7
50℃の溶湯に浸漬したときに初めて被覆箇所に溶損が
認められたが、その溶損面積比率は0.67%(実施例
1)、0.34%(実施例2)と小さかった。このこと
から、実施例1および実施例2で形成した各硬質被膜は
母材を溶湯から保護する効果に長けていることがわか
る。なお、実施例1および実施例2で得られた試料で
は、硬質被膜形成時に母材に寸法変化や歪みは生じなか
った。As is clear from Table 1, in each of the samples obtained in Example 1 and Example 2, no melting loss was observed at the coated portion when immersed in the molten metal at 650 ° C and 700 ° C.
Melt damage was observed at the coated portion only when immersed in the melt at 50 ° C., but the melt loss area ratio was as small as 0.67% (Example 1) and 0.34% (Example 2). From this, it is understood that the hard coatings formed in Examples 1 and 2 are excellent in the effect of protecting the base material from the molten metal. In addition, in the samples obtained in Example 1 and Example 2, dimensional change and distortion did not occur in the base material during formation of the hard coating.
【0054】一方、比較例1および比較例2で得た試料
でも650℃および700℃の溶湯に浸漬したときには
被覆箇所に溶損は認められず、750℃の溶湯に浸漬し
たときに初めて被覆箇所に溶損が認められたが、その溶
損面積比率は16.10%(比較例1)、77.11%
(比較例2)と大きかった。また、比較例3で得た試料
では650℃の溶湯に浸漬したときには被覆箇所に溶損
は認められなかったが、700℃の溶湯に浸漬したとき
には被覆箇所に溶損が認められ、その溶損面積比率は2
4.91%と大きかった。そして、比較例4で得た試料
では650℃の溶湯に浸漬したときに被覆箇所に溶損が
認められ、その溶損面積比率は15.92%と大きかっ
た。On the other hand, even in the samples obtained in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, no erosion was observed in the coated part when immersed in the molten metal at 650 ° C. and 700 ° C. Although the erosion rate was observed in No. 1, the erosion area ratio was 16.10% (Comparative Example 1), 77.11%
It was as large as (Comparative Example 2). Further, in the sample obtained in Comparative Example 3, no erosion loss was observed at the coated portion when immersed in the molten metal at 650 ° C., but erosion loss was observed at the coated portion when immersed in the molten metal at 700 ° C. Area ratio is 2
It was as large as 4.91%. Then, in the sample obtained in Comparative Example 4, when the sample was immersed in the molten metal at 650 ° C., a erosion loss was observed at the coated portion, and the erosion area ratio was as large as 15.92%.
【0055】クロム化合物膜およびチタン化合物膜の高
温硬さ HCD反応性イオンプレーティング法により成膜したC
rN膜、TiN膜およびTiC膜のそれぞれについて
の、25℃〜600℃におけるマイクロビッカース硬度
を図1に示す。図1から明らかなように、クロム化合物
膜(CrN膜)の高温硬さ(概ね500℃以上の高温環
境下での硬さ)はチタン化合物膜(TiN膜およびTi
C膜)の高温硬さよりも高い。 High Chromium Compound Film and Titanium Compound Film
C, which was formed into a film by the temperature hardness HCD reactive ion plating method
FIG. 1 shows the micro Vickers hardness at 25 ° C. to 600 ° C. for each of the rN film, the TiN film, and the TiC film. As is clear from FIG. 1, the high-temperature hardness of the chromium compound film (CrN film) (hardness in a high-temperature environment of approximately 500 ° C. or higher) is equal to that of the titanium compound film (TiN film and TiN film).
It is higher than the high temperature hardness of C film).
【0056】[0056]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の硬質被膜
はアルミニウム合金の溶湯のような高温の流動性物質と
繰り返し接した場合でも当該高温の流動性物質から母材
を保護する効果に優れている。また本発明の硬質被膜
は、母材に寸法変化や歪み等を生じることなく形成する
ことが容易である。したがって本発明によれば、金型や
その部品のようにアルミニウム合金の溶湯のような高温
の流動性物質と繰り返し接する器具等の長寿命化を容易
に図ることが可能になる。As described above, the hard coating film of the present invention is excellent in the effect of protecting the base material from the high temperature fluid substance even when repeatedly contacted with the high temperature fluid substance such as the molten aluminum alloy. ing. Further, the hard coating film of the present invention can be easily formed without causing a dimensional change or distortion in the base material. Therefore, according to the present invention, it becomes possible to easily extend the life of an instrument or the like, such as a mold and its parts, which is repeatedly brought into contact with a high temperature fluid substance such as a molten aluminum alloy.
【図1】HCD反応性イオンプレーティング法により成
膜したCrN膜、TiN膜およびTiC膜のそれぞれに
ついての、温度とマイクロビッカース硬度との関係を示
すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between temperature and micro Vickers hardness for each of a CrN film, a TiN film, and a TiC film formed by the HCD reactive ion plating method.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クルト シェーデル 埼玉県南埼玉郡白岡町西8−19−8 ナノ テック株式会社内 (72)発明者 佐藤 健二 東京都中野区鷺宮6−14−5−202 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kurt Schadel 8-19-8 Nishi, Shiraoka-cho, Minami Saitama-gun, Saitama Nanotech Co., Ltd. (72) Kenji Sato 6-14-5-202, Sagimiya, Nakano-ku, Tokyo
Claims (5)
物膜と、このクロム化合物膜上に直接またはクロム化合
物とチタン化合物とからなる混合膜を介して物理蒸着法
により形成されたチタン化合物膜とからなることを特徴
する硬質被膜。1. A chromium compound film formed by a physical vapor deposition method, and a titanium compound film formed by a physical vapor deposition method directly on the chromium compound film or through a mixed film of a chromium compound and a titanium compound. Hard coating characterized by
ムの酸化物およびクロムの酸窒化物からなる群より選択
された1種からなり、かつ、該クロム化合物膜の膜厚が
2〜20μmの範囲内である、請求項1に記載の硬質被
膜。2. The chromium compound film comprises one selected from the group consisting of chromium nitride, chromium oxide and chromium oxynitride, and the chromium compound film has a thickness of 2 to 20 μm. The hard coating according to claim 1, which is within the range.
ンの炭窒化物、チタンの酸窒化物およびチタンの酸窒炭
化物からなる群より選択された1種からなり、かつ、該
チタン化合物膜の膜厚が1〜5μmの範囲内である、請
求項1または請求項2に記載の硬質被膜。3. The titanium compound film is made of one selected from the group consisting of titanium nitride, titanium carbonitride, titanium oxynitride and titanium oxynitride carbide, and The hard coating film according to claim 1 or 2, wherein the film thickness is in the range of 1 to 5 µm.
ム化合物膜を形成した後に、このクロム化合物膜上に直
接またはクロム化合物とチタン化合物とからなる混合膜
を介して物理蒸着法によりチタン化合物膜を形成するこ
とで、前記母材の所定表面を硬質被膜により被覆するこ
とを特徴とする、硬質被膜による被覆方法。4. A titanium compound is formed on a predetermined surface of a base material by a physical vapor deposition method and then a titanium compound is formed on the chromium compound film directly or through a mixed film of a chromium compound and a titanium compound by a physical vapor deposition method. A method for coating with a hard coating, which comprises coating a predetermined surface of the base material with a hard coating by forming a film.
グ法である、請求項4に記載の方法。5. The method according to claim 4, wherein the physical vapor deposition method is a reactive ion plating method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9943494A JPH07310175A (en) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | Hard film and coating method using the same film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9943494A JPH07310175A (en) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | Hard film and coating method using the same film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07310175A true JPH07310175A (en) | 1995-11-28 |
Family
ID=14247333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9943494A Pending JPH07310175A (en) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | Hard film and coating method using the same film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07310175A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014214336A (en) * | 2013-04-24 | 2014-11-17 | 国立大学法人電気通信大学 | Chromium-containing metal material and method for producing chromium-containing metal material |
JP2015081556A (en) * | 2013-10-23 | 2015-04-27 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Fluid compression machine |
KR20170121741A (en) * | 2015-02-24 | 2017-11-02 | 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 | High performance coating for cold forming of high strength steel |
-
1994
- 1994-05-13 JP JP9943494A patent/JPH07310175A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014214336A (en) * | 2013-04-24 | 2014-11-17 | 国立大学法人電気通信大学 | Chromium-containing metal material and method for producing chromium-containing metal material |
JP2015081556A (en) * | 2013-10-23 | 2015-04-27 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Fluid compression machine |
KR20170121741A (en) * | 2015-02-24 | 2017-11-02 | 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 | High performance coating for cold forming of high strength steel |
JP2018509528A (en) * | 2015-02-24 | 2018-04-05 | エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト,プフェフィコーンOerlikon Surface Solutions Ag, Pfaeffikon | High performance coating for cold metal working of high strength steel |
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