壓鑄用被覆模具的制造方法與流程

本發(fā)明涉及以鋼或者鋁、鎂、鋅、它們的合金為代表的各種鐵·非鐵金屬的鑄造中使用的，特別是鋁、其合金的鑄造中使用的，通過電弧離子鍍法被覆硬質(zhì)覆膜的壓鑄用被覆模具的制造方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著壓鑄制品的輕量化、高性能化、用途的多樣化等，模具相對于該制品尺寸形狀的精度、以及模具表面所負(fù)荷的熱應(yīng)力條件逐年變得嚴(yán)格，存在模具壽命不穩(wěn)定化的傾向。壓鑄用模具的表面反復(fù)承受基于熔融金屬的加熱和基于脫模劑的噴霧的冷卻，從而會產(chǎn)生由熱應(yīng)力導(dǎo)致的疲勞裂紋。另外，同時由于與熔融金屬接觸，從而會在模具表面發(fā)生熔損、粘砂。

因此，為了防止或抑制這樣的問題，提出了被覆有氮化物、碳氮化物、氧氮化物、氧化物等硬質(zhì)覆膜的壓鑄用被覆模具。被覆方法之中，電弧離子鍍法由于對基材的熱負(fù)荷小，因此模具的變形少、硬質(zhì)覆膜的密合性也優(yōu)異，因此是有效的。

例如，專利文獻(xiàn)1中提出了通過電弧離子鍍法以單層被覆Cr的氮化物。專利文獻(xiàn)2中提出了通過離子鍍法使金屬或合金與碳化物、氮化物、氧化物、或者碳氮化物層疊。另外，引用文獻(xiàn)3中公開了應(yīng)用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的氧化物覆膜，具體而言，提出了通過電弧離子鍍法在Cr的氧化物上設(shè)置AlCr的氧化物。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平10-237624號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2008-188609號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特開2010-58135號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

本發(fā)明人確認(rèn)了，即使是覆膜的密合性優(yōu)異的通過電弧離子鍍法進(jìn)行了被覆處理的壓鑄用被覆模具，也會發(fā)生局部熔損、粘砂。然后，對壓鑄用被覆模具的熔損、粘砂的發(fā)生原因進(jìn)行了研究，結(jié)果確認(rèn)了，由于以硬質(zhì)覆膜中所含的熔滴(droplet)、顆粒(particle)等的凹凸作為起點的空隙(void)等間隙缺陷，發(fā)生了局部熔損、粘砂。

本發(fā)明的目的在于，鑒于上述問題，提供對于熔融金屬的耐熔損性及粘砂耐性優(yōu)異的壓鑄用被覆模具的制造方法。

用于解決問題的方案

本發(fā)明為一種壓鑄用被覆模具的制造方法，其為通過電弧離子鍍法在壓鑄用模具的基材的表面上被覆硬質(zhì)覆膜的壓鑄用被覆模具的制造方法，所述制造方法具有：通過電弧離子鍍法在基材的表面上被覆第1硬質(zhì)覆膜的工序、對該第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理的工序、以及通過電弧離子鍍法在該經(jīng)平滑化處理的第1硬質(zhì)覆膜上被覆第2硬質(zhì)覆膜的工序。

此處平滑化處理優(yōu)選為轟擊處理。

在本發(fā)明的壓鑄用被覆模具的制造方法中，第1硬質(zhì)覆膜或第2硬質(zhì)覆膜優(yōu)選為鉻系氮化物。

另外，在本發(fā)明的壓鑄用被覆模具的制造方法中，第2硬質(zhì)覆膜優(yōu)選具有至少2層以上的多層結(jié)構(gòu)。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供對鋁等熔融金屬能夠發(fā)揮優(yōu)異的耐熔損性及粘砂耐性的壓鑄用被覆模具。

附圖說明

圖1為本發(fā)明例1～4的熔損試驗后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。

圖2為比較例1、2的熔損試驗后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。

圖3為本發(fā)明例10～12的熔損試驗后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。

圖4為本發(fā)明例13～15的熔損試驗后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。

圖5為本發(fā)明例16～18的熔損試驗后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。

圖6為比較例10～12的熔損試驗后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。

圖7為比較例13、14的熔損試驗后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。

具體實施方式

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了減少壓鑄用被覆模具的局部熔損、粘砂，在基于電弧離子鍍法的硬質(zhì)覆膜的被覆處理的途中設(shè)置平滑化處理是有效的，從而實現(xiàn)了本發(fā)明。

本發(fā)明人確認(rèn)了硬質(zhì)覆膜的內(nèi)部所含有的熔滴、顆粒成為原因，從而會發(fā)生局部熔損、粘砂。而且確認(rèn)了僅通過對最表面的硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理不能將以覆膜內(nèi)部所含有的熔滴、顆粒作為起點的缺陷去除，無法抑制壓鑄用模具的熔損、粘砂。而且發(fā)現(xiàn)了，為了抑制壓鑄用模具的熔損、粘砂，在硬質(zhì)覆膜的形成的途中設(shè)置平滑化處理是有效的。

在本發(fā)明中，通過電弧離子鍍法被覆第1硬質(zhì)覆膜并對其表面進(jìn)行平滑化處理。通過對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，能夠使由于位于覆膜表面的熔滴、顆粒等導(dǎo)致的表面的凹凸平整而平滑。而且，重要的是在對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行了平滑化處理后，通過電弧離子鍍法被覆第2硬質(zhì)覆膜。通過電弧離子鍍法在經(jīng)平滑化處理的第1硬質(zhì)覆膜上被覆第2硬質(zhì)覆膜，從而由于存在于第1硬質(zhì)覆膜表面的平滑化處理痕導(dǎo)致的微細(xì)的凹凸也被填埋，能夠使以硬質(zhì)覆膜的整體中所含的熔滴、顆粒等作為起點的表面的凹凸減少，抑制局部熔損、粘砂。

在本發(fā)明中，上述“平滑化處理”是指如機械研磨、轟擊處理等那樣使硬質(zhì)覆膜的表面的表面粗糙度的數(shù)值減小的處理。

對于上述表面粗糙度的參數(shù)，可以使用基于JIS-B-0601-2001的算術(shù)平均粗糙度Ra、及最大高度Rz。而且，通過上述平滑化處理，優(yōu)選使第1硬質(zhì)覆膜的表面的算術(shù)平均粗糙度Ra為0.05μm以下、使最大高度Rz為1.00μm以下，更優(yōu)選使Rz為0.50μm以下。

轟擊處理可以應(yīng)用使用氬氣等氣體的轟擊處理、使用金屬離子的轟擊處理。如果應(yīng)用轟擊處理，則能夠在同一爐內(nèi)連續(xù)進(jìn)行處理，因此比后述的機械研磨優(yōu)選。

但是，若轟擊處理的時間過長，則第1硬質(zhì)覆膜的表面的凹凸變多，有耐熔損性降低的傾向。為了發(fā)揮更優(yōu)異的耐熔損性，轟擊處理優(yōu)選將處理時間設(shè)為40分鐘以下。進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)為30分鐘以下。但是，若處理時間過短，則難以獲得提高耐熔損性的效果。因此，轟擊處理優(yōu)選將處理時間設(shè)為5分鐘以上。進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)為10分鐘以上。

氣體轟擊處理優(yōu)選以施加到基材的負(fù)的偏置電壓為-700V以上且-400V以下來進(jìn)行實施。若施加到基材的負(fù)的偏置電壓大于-400V(比-400V靠近正側(cè))，則第1硬質(zhì)覆膜的平滑化不充分，因此有耐熔損性及粘砂耐性降低的傾向。另外，若施加到基材的負(fù)的偏置電壓小于-700V(比-700V靠近負(fù)側(cè))，則容易在第1硬質(zhì)覆膜的表面上形成許多凹凸，有耐熔損性及粘砂耐性降低的傾向。

另一方面，為了消除起因于熔滴的表面的凹凸從而形成平滑的表面狀態(tài)，如下的機械研磨是有效的。

(1)用保持有金剛石研磨膏等研磨劑的研磨布對硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行研磨的方法

(2)使用金剛石顆粒和含水的研磨劑，使之高速在被覆于基材的覆膜上滑行，從而通過產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行研磨的、利用所謂AERO LAP(注冊商標(biāo))等的研磨方法

(3)不使用空氣，噴射具有彈性和粘接性的研磨劑從而進(jìn)行研磨的、利用所謂スマップ(SMAP)(為龜井鐵工所制的鏡面噴丸機(Mirror surface shot machine))等的研磨方法

進(jìn)而，通過在這些機械研磨后進(jìn)行3μm以下的金剛石研磨膏研磨，能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)選的平滑化。

為了對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行機械研磨，需要在被覆第1硬質(zhì)覆膜后將試樣從爐內(nèi)取出。在通過機械研磨對第1硬質(zhì)覆膜進(jìn)行了平滑化處理后，將試樣放回到爐內(nèi)并被覆第2硬質(zhì)覆膜即可。

機械研磨能夠?qū)崿F(xiàn)更平滑的表面狀態(tài)，對提高耐熔損性及粘砂耐性是優(yōu)選的。

對于本發(fā)明的第1硬質(zhì)覆膜及第2硬質(zhì)覆膜，可以應(yīng)用氮化物、碳化物、碳氮化物、碳氧氮化物、氧氮化物、氧化物。

在本發(fā)明中，第1硬質(zhì)覆膜及第2硬質(zhì)覆膜可以為單層，但優(yōu)選設(shè)為多層結(jié)構(gòu)。通過使第2硬質(zhì)覆膜為多層結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Φ?硬質(zhì)覆膜附加優(yōu)異的機械特性。例如，通過使密合性優(yōu)異的鉻系氮化物和在該鉻系氮化物中加入有Si、B等第3族元素的鉻系氮化物等層疊，能夠?qū)Φ?硬質(zhì)覆膜附加高硬度。

第1硬質(zhì)覆膜優(yōu)選為氮化物或碳氮化物。若位于基材側(cè)的第1硬質(zhì)覆膜為氮化物或碳氮化物，則有與基材的密合性更優(yōu)異的傾向，為優(yōu)選的。進(jìn)一步優(yōu)選為氮化物。另外，第1硬質(zhì)覆膜更優(yōu)選為以金屬(包括半金屬)部分的原子比率(原子％)計含有50％以上的Cr的鉻系的氮化物或碳氮化物，進(jìn)一步優(yōu)選含有70％以上的Cr。

為了提高壓鑄用被覆模具的耐熔損性及粘砂耐性，位于表面?zhèn)鹊牡?硬質(zhì)覆膜優(yōu)選為氮化物、碳氮化物、氧氮化物、氧化物。進(jìn)一步優(yōu)選為氮化物或氧氮化物。特別優(yōu)選為氮化物。另外，第2硬質(zhì)覆膜更優(yōu)選為以金屬(包括半金屬)部分的原子比率(原子％)計含有50％以上的Cr的鉻系的氮化物或碳氮化物，進(jìn)一步優(yōu)選含有70％以上的Cr。

第2硬質(zhì)覆膜優(yōu)選含有Si、B中的至少1種以上。通過含有Si、B中的至少1種，覆膜組織變微細(xì)、耐磨耗性及耐熔損性進(jìn)一步提高。為了充分發(fā)揮這些效果，第2硬質(zhì)覆膜更優(yōu)選以金屬(包括半金屬)部分的原子比率(原子％)計含有3％以上的Si、B中的1種以上，進(jìn)一步優(yōu)選為5％以上。但是，若Si、B的含量變得過多，則覆膜的韌性降低。因此，第2硬質(zhì)覆膜優(yōu)選以金屬(包括半金屬)部分的原子比率(原子％)計含有15％以下的Si、B中的1種以上，更優(yōu)選含有10％以下的Si、B中的1種以上。

在本發(fā)明中，第2硬質(zhì)覆膜的表面也優(yōu)選進(jìn)行平滑化處理。而且，在這種情況下，更優(yōu)選對第2硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行研磨，從而使算術(shù)平均粗糙度Ra(根據(jù)JIS-B-0601-2001)為0.05μm以下、使最大高度Rz(根據(jù)JIS-B-0601-2001)為1.00μm以下，進(jìn)一步優(yōu)選使Rz為0.60μm以下。

對本發(fā)明的基材沒有特別限定，優(yōu)選使用以JIS-G-4404(2006)的SKD61、其改良材料為代表的熱作工具鋼。優(yōu)選將以質(zhì)量％計以C：0.35～0.45％、Cr：4.0～6.0％的范圍含有決定工具鋼的基本特性的C和Cr的熱作工具鋼作為基材使用。

基材可以預(yù)先應(yīng)用氮化處理或滲碳處理等利用了擴散的表面硬化處理。通過使用進(jìn)行了氮化處理的基材，有耐熔損性、粘砂耐性進(jìn)一步提高的傾向，為優(yōu)選的。

為了進(jìn)一步提高硬質(zhì)覆膜的密合性，優(yōu)選使用具有算術(shù)平均粗糙度Ra(根據(jù)JIS-B-0601-2001)為0.05μm以下、最大高度Rz(根據(jù)JIS-B-0601-2001)為1.00μm以下的表面粗糙度的基材。

為了將第1硬質(zhì)覆膜或第2硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度調(diào)整為平滑，其被覆前的基材的表面粗糙度也優(yōu)選預(yù)先研磨為平滑。具體而言，將被覆硬質(zhì)覆膜前的基材的表面粗糙度設(shè)為A、將第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理前的表面粗糙度設(shè)為B、將第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理后的表面粗糙度設(shè)為C時，其各個算術(shù)平均粗糙度Ra和最大高度Rz優(yōu)選滿足A<C<B的關(guān)系。

另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理的基礎(chǔ)上還對第2硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理。在這種情況下，將第2硬質(zhì)覆膜的平滑化處理后的表面粗糙度設(shè)為D，上述Ra及Rz的關(guān)系更優(yōu)選滿足A<C<D<B的關(guān)系。

通過對基材表面進(jìn)行平滑化，能夠抑制起因于基材表面的凹凸的覆膜缺陷。位于基材的正上方的覆膜缺陷直接成為顯著腐蝕基材自身的原因，更優(yōu)選基材附近側(cè)的覆膜的覆膜缺陷少。因此，優(yōu)選第1硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度比研磨后的第2硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度平滑，進(jìn)一步優(yōu)選被覆前的基材的表面粗糙度最平滑。

進(jìn)而，關(guān)于第1硬質(zhì)覆膜，對其被覆時的表面存在的熔滴等進(jìn)行研磨或蝕刻去除時，優(yōu)選進(jìn)行平滑化處理，以使得去除的程度即平滑化處理后的表面粗糙度C相對于平滑化處理前的表面粗糙度B，就Ra而言，C/B小于1.0，就Rz而言，C/B小于0.5。通過滿足這些式子，能夠進(jìn)一步減少硬質(zhì)覆膜的缺陷。

若硬質(zhì)覆膜的總膜厚變得過薄，則有時耐熔損性及粘砂耐性不充分。因此，硬質(zhì)覆膜的總膜厚優(yōu)選設(shè)為3μm以上。進(jìn)而硬質(zhì)覆膜的總膜厚更優(yōu)選設(shè)為5μm以上、進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)為10μm以上。另一方面，若硬質(zhì)覆膜的總膜厚變得過厚，則覆膜剝離容易發(fā)生。因此，硬質(zhì)覆膜的總膜厚優(yōu)選設(shè)為40μm以下、更優(yōu)選設(shè)為30μm以下。

在本發(fā)明中，可以在第1硬質(zhì)覆膜和基材之間設(shè)置其它覆膜。另外，也可以在第2硬質(zhì)覆膜上設(shè)置其它覆膜。在第2硬質(zhì)覆膜上設(shè)置其它覆膜的情況下，可以對第2硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，設(shè)置第3及以后的硬質(zhì)覆膜。

[實施例1]

制作用于評價壓鑄用模具所要求的耐熔損性的試樣?；氖褂门c將硬度設(shè)為46HRC的、作為熱作工具鋼通常使用的JIS-G-4404(2006)的SKD61相當(dāng)?shù)匿摬?。對于評價用的基材的尺寸，采用直徑10mm、長度120mm的圓柱狀，對表面進(jìn)行研磨，從而使算術(shù)平均粗糙度Ra為0.01μm、使最大高度Rz為0.07μm。全部的試樣中使用預(yù)先進(jìn)行了氣體氮化處理的基材。

然后，使用通常的電弧離子鍍裝置來被覆硬質(zhì)覆膜。對經(jīng)表面研磨的基材進(jìn)行脫脂清洗，固定于基材支架上。然后，將基材溫度加熱至約500℃，在1×10^-3Pa的真空中進(jìn)行加熱脫氣體。接著，導(dǎo)入Ar氣體，對基材施加-500V的偏置電壓，進(jìn)行20分鐘的Ar轟擊處理。接著，對基材施加-800V的偏置電壓，進(jìn)行約5分鐘的Ti轟擊處理。對于基材的轟擊處理，任何試樣均同樣地實施。

就覆膜而言，對于第1硬質(zhì)覆膜選擇CrN、對于第2硬質(zhì)覆膜選擇CrSiBN，被覆于基材上。將實施例2的第1硬質(zhì)覆膜及第2硬質(zhì)覆膜的平滑化處理內(nèi)容示于表1、2。關(guān)于詳細(xì)的試樣制作條件，在下述中具體進(jìn)行說明。

<本發(fā)明例試樣No.1>

向爐內(nèi)導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆作為第1硬質(zhì)覆膜的約5.0μm的CrN。接著，為了第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理，將基材從腔室中取出，使用Yamashita works Co.,Ltd.制AERO LAP裝置(AERO LAP YT-300)進(jìn)行研磨，對第1硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理。然后，測定第1硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度。然后，在進(jìn)行了脫脂清洗后，再次放回到腔室內(nèi)，被覆第2硬質(zhì)覆膜。首先，為了去除第1硬質(zhì)覆膜的表面存在的氧化膜等，進(jìn)行Ar轟擊處理及Ti轟擊處理，對表面進(jìn)行清潔。然后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約4.0μm的由CrSiBN形成的第2硬質(zhì)覆膜。靶材的組成使用Cr₉₂Si₃B₅的組成的物質(zhì)。

然后，使用AERO LAP裝置對進(jìn)行了被覆后的第2硬質(zhì)覆膜進(jìn)行研磨，然后使用3μm金剛石研磨膏進(jìn)行基于研磨的平滑化處理。

<本發(fā)明例試樣No.2>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例1同樣。為了第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理，將基材從腔室中取出，使用Yamashita works Co.,Ltd.制AERO LAP裝置(AERO LAP YT-300)進(jìn)行了研磨后，用1μm的金剛石研磨膏進(jìn)行拋光研磨。

第1覆膜的平滑化處理后的工序與本發(fā)明例1同樣。

<本發(fā)明例試樣No.3>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例1同樣。

被覆了第1硬質(zhì)覆膜后，為了通過轟擊處理對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，將施加到基材的負(fù)的偏置電壓設(shè)為-500V，實施30分鐘的使用了Ar氣體的轟擊處理。然后，將進(jìn)行了該平滑化處理后的基材從腔室中取出，測定第1硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度。

測定第1硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度后，將該基材放回到腔室內(nèi)，進(jìn)行與本發(fā)明例1同樣的表面清潔。然后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約4.0μm的由CrSiBN形成的(靶材的組成與本發(fā)明例1相同)第2硬質(zhì)覆膜。第2硬質(zhì)覆膜的平滑化處理方法與本發(fā)明例1同樣。

<本發(fā)明例試樣No.4>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例1同樣。為了第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理，將基材從腔室中取出，作為平滑化處理，使用涂布有研磨劑的尼龍無紡布(BELL STAR ABRASIVE MFG.CO.,LTD.制研磨墊#400)。第1覆膜的平滑化處理后的工序與本發(fā)明例1同樣。

<比較例試樣No.1>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例1同樣。為了第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理，將基材從腔室中取出，作為平滑化處理的比較例，替代本發(fā)明的平滑化處理，使用噴丸處理(噴射材料：鋼砂200～300μm)。進(jìn)行噴丸時間為約10秒鐘的噴丸。第1覆膜的噴丸處理后的工序與本發(fā)明例1同樣。

<比較例試樣No.2>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例1同樣。

第1硬質(zhì)覆膜的被覆后不進(jìn)行任何研磨處理等，而通過與本發(fā)明例10同樣的工序被覆第2硬質(zhì)覆膜，制成試樣。第2硬質(zhì)覆膜的平滑化處理方法與本發(fā)明例1同樣。

<表面粗糙度測定>

對于基材及硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度，使用TOKYO SEIMITSU CO.,LTD.制的接觸式表面粗糙度測定器SURFCOM480A，根據(jù)JIS-B-0601-2001來測定算術(shù)平均粗糙度Ra和最大高度粗糙度Rz。測定條件采用如下：評價長度：4.0mm、測定速度：0.3mm/s、截止值：0.8mm。將被覆硬質(zhì)覆膜前的基材的表面粗糙度A、第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理前的表面粗糙度B、第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理后的表面粗糙度C、及第2硬質(zhì)覆膜的平滑化處理后的表面粗糙度D的測定結(jié)果分別示于表1。

<耐熔損性評價>

使本發(fā)明例及比較例在鋁的720℃的熔液中浸漬30小時，通過光學(xué)顯微鏡確認(rèn)熔損的有無。另外，測定試驗前后的質(zhì)量來確認(rèn)熔損率(％)。表2中總結(jié)并示出試樣制作條件及試驗結(jié)果。

[表1]

[表2]

¹LAP：AERO LAP處理

D：金剛石研磨處理。用1μm金剛石研磨膏進(jìn)行研磨

Ar轟擊：處理時間30分鐘

噴丸：利用200～300μm的鋼砂

噴丸處理(處理時間10秒)

²投入到熔融鋁(ADC12)中30小時時的熔損試驗結(jié)果。

耐熔損性的評價基準(zhǔn)為：

◎：熔損率為0.01％以下

○：熔損率超過0.01％且為0.03％以下

△：熔損率超過0.03％且為0.10％以下

×：熔損率超過0.10％

如表2所示，確認(rèn)了對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行了平滑化處理的本發(fā)明例與未進(jìn)行本發(fā)明的平滑化處理的比較例相比，熔損率(％)低、耐熔損性優(yōu)異。而且，特別是第1覆膜的研磨后的最大高度Rz為0.5μm以下并且第2覆膜的研磨后的最大高度Rz為0.6μm以下的本發(fā)明例2、4顯示出了優(yōu)異的耐熔損性。

圖1中示出本發(fā)明例1～4的耐熔損性評價后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。對于顯示出了優(yōu)異的耐熔損性的本發(fā)明例1～4，在前端部及側(cè)面部沒有確認(rèn)到熔損。

圖2中示出比較例1、2的耐熔損性評價后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。對于比較例，前端部及側(cè)面部均確認(rèn)到了較大的熔損。

確認(rèn)了通過借助對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理的工序、進(jìn)而通過對第2硬質(zhì)覆膜的表面也進(jìn)行平滑化處理，耐熔損性提高。

由表1及2可知，應(yīng)用本發(fā)明的制造方法而得到的硬質(zhì)覆膜，該覆膜最表面的表面粗糙度也是平滑的，耐熔損性優(yōu)異。而且，該熔融鋁的耐熔損性評價試驗后的覆膜表面如圖1基本沒有確認(rèn)到侵蝕的點蝕。

與此相對，進(jìn)行了噴丸處理的比較例1、2的硬質(zhì)覆膜的耐熔損性呈明顯差的結(jié)果。對于比較例1的硬質(zhì)覆膜，通過表面被粗糙化，硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度值變大，對于比較例2的硬質(zhì)覆膜，未對第1硬質(zhì)覆膜實施本發(fā)明的平滑化處理自身，因此微粒未被去除，不能充分減小表面粗糙度。

[實施例2]

實施例2中使用的基材的種類、基材的研磨、及基材的轟擊處理條件采用與實施例1同樣的情況。預(yù)先對一部分基材實施氮化處理。將實施例2的第1硬質(zhì)覆膜及第2硬質(zhì)覆膜的種類及平滑化處理內(nèi)容示于表3。關(guān)于詳細(xì)的試樣制作條件，在下述中具體進(jìn)行說明。

<本發(fā)明例試樣No.10>

向爐內(nèi)導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆作為第1硬質(zhì)覆膜的約5.0μm的CrN。

然后，為了通過研磨對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，將基材從腔室中取出，使用Yamashita works Co.,Ltd.制AERO LAP裝置(AEROLAPYT-300)進(jìn)行研磨。進(jìn)而，然后用1μm金剛石研磨膏進(jìn)行拋光研磨，接著，使用龜井鐵工所制鏡面噴丸機SMAP-II型，使算術(shù)平均粗糙度Ra為0.01μm、并且最大高度Rz為0.05μm。

然后，在進(jìn)行了脫脂清洗后，再次放回到腔室內(nèi)，被覆第2硬質(zhì)覆膜。首先，為了將第1硬質(zhì)覆膜的表面存在的氧化膜去除，進(jìn)行Ar轟擊處理及Ti轟擊處理，對表面進(jìn)行清潔。然后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約5.0μm的由CrSiBN形成的第2硬質(zhì)覆膜。對于靶材，使用Cr₉₂Si₃B₅的組成的物質(zhì)(數(shù)字為原子比率，以下同樣)。然后，使用AERO LAP裝置對進(jìn)行了被覆后的第2硬質(zhì)覆膜進(jìn)行研磨，然后使用3μm金剛石研磨膏進(jìn)行基于研磨的平滑化處理。

<本發(fā)明例試樣No.11>

使用進(jìn)行氮化處理而形成有約100μm的氮化層的基材。除此以外，與本發(fā)明例10同樣。

<本發(fā)明例試樣No.12>

使用進(jìn)行氮化處理而形成有約100μm的氮化層的基材。然后，直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例10同樣。

被覆了第1硬質(zhì)覆膜后，為了通過轟擊處理對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，將施加到基材的負(fù)的偏置電壓設(shè)為-500V，實施30分鐘的使用了Ar氣體的轟擊處理。

然后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約5.0μm的由CrSiBN形成的第2硬質(zhì)覆膜(靶材的組成與本發(fā)明例10相同)。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<本發(fā)明例試樣No.13>

使用進(jìn)行氮化處理而形成有約100μm的氮化層的基材。直到第1硬質(zhì)覆膜的平滑化處理為止，與本發(fā)明例12同樣。

對第1硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約3.0μm的CrN，接著，被覆約4.0μm的CrSiBN(靶材的組成與本發(fā)明例10相同)、被覆第2硬質(zhì)覆膜。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<本發(fā)明例試樣No.14>

使用進(jìn)行氮化處理而形成有約50μm的氮化層的基材。除此以外，與本發(fā)明例13相同。

<本發(fā)明例試樣No.15>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例10同樣。

被覆了第1硬質(zhì)覆膜后，為了通過轟擊處理對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，將施加到基材的負(fù)的偏置電壓設(shè)為-500V，實施45分鐘的使用了Ar氣體的轟擊處理。

對第1硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約3.0μm的CrN，接著，被覆約4.0μm的CrSiBN(靶材的組成與本發(fā)明例10相同)、被覆第2硬質(zhì)覆膜。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<本發(fā)明例試樣No.16>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例10同樣。

被覆了第1硬質(zhì)覆膜后，為了通過轟擊處理對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，將施加到基材的負(fù)的偏置電壓設(shè)為-500V，實施60分鐘的使用了Ar氣體的轟擊處理。

對第1硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約7.0μm的由CrSiBN形成的第2硬質(zhì)覆膜(靶材的組成與本發(fā)明例10相同)。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<本發(fā)明例試樣No.17>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例1同樣。

被覆了第1硬質(zhì)覆膜后，為了通過轟擊處理對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，將施加到基材的負(fù)的偏置電壓設(shè)為-500V，實施60分鐘使用了Ar氣體的轟擊處理。

對第1硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約3.0μm的CrN，接著，被覆約4.0μm的CrSiBN(靶材的組成與本發(fā)明例10相同)、被覆第2硬質(zhì)覆膜。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<本發(fā)明例試樣No.18>

直到第1硬質(zhì)覆膜的被覆為止，與本發(fā)明例1同樣。

被覆了第1硬質(zhì)覆膜后，為了通過轟擊處理對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理，將施加到基材的負(fù)的偏置電壓設(shè)為-700V，實施30分鐘的使用了Ar氣體的轟擊處理。

對第1硬質(zhì)覆膜進(jìn)行平滑化處理后，導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在基材溫度500℃、反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約3.0μm的CrN，接著，被覆約4.0μm的CrSiBN(靶材的組成與本發(fā)明例1相同)、被覆第2硬質(zhì)覆膜。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<比較例試樣No.10>

向爐內(nèi)導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約5.0μm的CrN，接著，被覆約5.0μm的CrSiBN。對于靶材，使用Cr₉₂Si₃B₅的組成的物質(zhì)(數(shù)字為原子比率，以下同樣)。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<比較例試樣No.11>

向爐內(nèi)導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆約13.0μm的TiAlN。使用的靶材的組成采用Ti₅₀Al₅₀。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<比較例試樣No.12>

使用進(jìn)行氮化處理而形成有約100μm的氮化層的基材。

向爐內(nèi)導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆各個膜厚為10nm以下、VN與AlCrSiN交替層疊而得到的約12.0μm的層疊覆膜。AlCrSiN的被覆中使用的靶材的組成采用Al₆₀Cr₃₇Si₃。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<比較例試樣No.13>

向爐內(nèi)導(dǎo)入氮氣，對基材施加-120V的偏置電壓，在反應(yīng)氣體壓力3.0Pa的條件下，被覆各個膜厚為10nm以下、VN與AlCrSiN交替層疊而得到的約12.5μm的層疊覆膜。AlCrSiN的被覆中使用的靶材的組成采用與比較例12相同的Al₆₀Cr₃₇Si₃。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<比較例試樣No.14>

使用進(jìn)行氮化處理而形成有約100μm的氮化層的基材。比較例14僅對基材進(jìn)行氮化處理而不設(shè)置硬質(zhì)覆膜。最后，進(jìn)行本發(fā)明例10中示出的上述平滑化處理。

<表面粗糙度評價>

本發(fā)明例及比較例均對第2硬質(zhì)覆膜的表面或基材的表面進(jìn)行研磨，使算術(shù)平均粗糙度Ra為0.04μm、并且最大高度Rz為0.05μm。對于基材及硬質(zhì)覆膜的表面粗糙度，使用TOKYO SEIMITSU CO.,LTD.制的接觸式表面粗糙度測定器SURFCOM480A，根據(jù)JIS-B-0601-2001，在評價長度為4.0mm、測定速度為0.3mm/s、截止值為0.8mm的條件下進(jìn)行測定。

<耐熔損性評價>

使本發(fā)明例及比較例在鋁的720℃的熔液中浸漬20小時，通過光學(xué)顯微鏡確認(rèn)熔損的有無。另外，測定試驗前后的質(zhì)量來確認(rèn)熔損率(％)。表3中總結(jié)并示出試樣制作條件及試驗結(jié)果。

[表3]

如表3所示，確認(rèn)了對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行了平滑化處理的本發(fā)明例與未進(jìn)行平滑化處理的比較例相比，熔損率(％)低、耐熔損性優(yōu)異。特別是對于在進(jìn)行平滑化處理的工序中進(jìn)行了研磨的本發(fā)明例10、11及將對基材施加的偏置電壓設(shè)為-500V并進(jìn)行了30分鐘的氬氣轟擊處理的本發(fā)明例12～14，熔損率(％)為0％，顯示出優(yōu)異的耐熔損性。另外，對基材實施了氮化處理的本發(fā)明例11～14的熔損率為0％，顯示出了優(yōu)異的耐熔損性。

圖3中示出本發(fā)明例10～12的耐熔損性評價后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。圖4中示出本發(fā)明例13～15的耐熔損性評價后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。圖5中示出本發(fā)明例16～18的耐熔損性評價后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。特別是顯示出優(yōu)異的耐熔損性的本發(fā)明例10～14在前端部及側(cè)面部沒有確認(rèn)到熔損。

圖6中示出比較例10～12的耐熔損性評價后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。圖7中示出比較例13、14的耐熔損性評價后的利用光學(xué)顯微鏡得到的外觀觀察照片。對于比較例，前端部及側(cè)面部均確認(rèn)到大的熔損。

確認(rèn)了通過借助對第1硬質(zhì)覆膜的表面進(jìn)行平滑化處理的工序，耐熔損性提高。