CN101417331A

CN101417331A - 压铸模具及其制造方法

Info

Publication number: CN101417331A
Application number: CNA200810173003XA
Authority: CN
Inventors: 速石正和; 井上幸一郎; 石井孝也; 小林喜一; 北川利博
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: CN101417331B; JP2009101385A

Abstract

本发明涉及一种压铸模具1a及其制造方法。所述压铸模具1a包括：模具基材2a；在模具基材2a的表面的至少一部分上形成的第1层3a，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成，并且其显微维氏硬度为1000Hv以下、厚度为1～30μm；在第1层3a上形成的第2层4a，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的碳化物、氮化物或者碳氮化物构成；以及，在第2层4a上形成的第3层5a，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的氧化物构成。本发明的压铸模具兼具耐熔损性、耐烧结性以及耐热裂性。

Description

压铸模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种压铸模具及其制造方法，更具体地说，本发明涉及一种同时具有耐热裂性、耐熔损性和耐烧结性的压铸模具及其制造方法。

背景技术

一般来说，压铸模具是采用热作工具钢(例如，SKD61)制造的。压铸模具主要受到三种形式的损伤：热裂、熔损及烧结。所谓热裂，是指模具由于反复受到与金属熔液接触时的加热以及进行脱模剂喷雾时的冷却这两种作用而产生热应力，因而表面发生龟裂的现象。模具表面发生龟裂，会造成铸件表面粗糙。另外，所谓熔损，是指构成模具的元素(主要为Fe)与金属熔液反应，从而熔解到金属熔液中的现象。熔损会引起由模具损耗而导致的铸件形状的变化。此外，所谓烧结，是指金属熔液凝固并附着于模具表面的现象。当将铸品从模具表面以固着状态取下时，会引起铸件变形和损伤。因此，为了延长压铸模具的寿命，抑制热裂、熔损及烧结就变得很重要。

为了解决该问题，迄今已有各种技术方案。

例如，专利文献1公开了在由SKD61铸造制成的销钉(抜きピン)的表面上形成碳氮共渗层，并进一步在其上形成TiN层的铸造用模具的表面处理方法。

该专利文献中还记载了：在与母材具有优异粘附性的碳氮共渗层上，由于形成了与金属熔液具有较差的浸润性的TiN层，所以即使受到高温金属熔液的高速直接撞击，TiN层及碳氮共渗层也不会容易地剥离。

此外，专利文献2公开了通过对SKD61型材料进行氮化处理从而形成以CrN为主体的氮化层，进一步用不含水蒸汽的氧气进行氧化处理，从而得到了在氮化层上形成有氧化层的耐铝腐蚀性材料。

该专利文献中记载了：设计以CrN为主体的氮化层，其能够缓和熔融铝对氧化层的冲击，并且，由于在氮化层上形成有氧化层，所以能够显著改善耐铝腐蚀性。

专利文献1：日本特开昭61-33734号公报

专利文献2：日本特开2005-28398号公报

发明内容

发明要解决的问题

在对Al、Zn、Mg等进行压铸时，如果在模具表面上形成与这些金属的熔融液体具有较低反应性的涂层、或者形成与这些金属的熔融液体具有较低浸润性的涂层，就能够抑制熔损或烧结。

但是，这些涂层中所使用的碳化物、氮化物等，通常具有比模具材料小的热膨胀系数、并且具有非常坚硬且脆性很高的性质。因此，在使用时如果受到冷热循环的作用，在涂层与模具间的界面就会产生应力，从而导致产生覆膜剥离或者热裂的问题。若涂层发生剥离或龟裂，金属熔液就会渗入该部分，有时会引起熔损或烧结等现象。

即，形成涂层虽然能够有效地提高耐熔损性及耐烧结性，但是耐热裂性有变差的趋势，如何使这些特性共存就成为本发明的课题。

本发明要解决的课题是提供一种兼具耐熔损性、耐烧结性及耐热裂性的压铸模具及其制造方法。

解决问题采用的手段

为解决上述课题，本发明的压铸模具的特征在于包括：

模具基材；

第1层，该第1层形成在上述模具基材的表面的至少一部分上，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上的元素的金属或者合金构成，并且其显微维氏硬度为1000Hv以下、厚度为1～30μm；

第2层，该第2层形成在上述的第1层上，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上的元素的碳化物、氮化物或碳氮化物构成；以及，

第3层，该第3层形成在上述的第2层上，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上的元素的氧化物构成。

在本发明的压铸模具中，优选对上述模具基材的表面进行氮化处理，其中所述表面上至少形成有上述第1层。

此外，优选的是，上述第3层是通过对上述第2层的表面进行氧化处理而得到的。

另外，本发明的压铸模具还可以进一步含有第4层，该第4层形成在上述第2层与上述第3层之间，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上的元素的金属或者合金构成。在这种情况下，优选的是，上述的第3层是通过对上述第4层的表面进行氧化处理而得到的。

本发明的压铸模具的制造方法的特征在于包括下列工序：

在上述模具基材的表面的至少一部分上形成第1层的第1层形成工序，其中所述第1层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上的元素的金属或者合金构成，并且其显微维氏硬度为1000Hv以下、厚度为1～30μm；

在上述的第1层上形成第2层的第2层形成工序，其中所述第2层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上的元素的碳化物、氮化物或者碳氮化物构成；以及，

在上述的第2层上形成第3层的第3层形成工序，其中所述第3层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上的元素的氧化物构成。

这里，优选的是，上述第3层形成工序是对上述第2层进行氧化处理的工序。

此外，本发明的压铸模具的制造方法还可以包括在上述第2层与上述第3层之间形成第4层的第4层形成工序，其中所述第4层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成。在这种情况下，优选的是，上述第3层形成工序是对上述第4层的表面进行氧化处理的工序。

另外，本发明的压铸模具的制造方法进一步还可以包括在形成上述第1层之前，对上述模具基材的表面进行氮化处理的氮化处理工序，其中所述表面上至少形成有上述第1层。

发明的效果

含有IVa～VIa族元素的金属或合金，具有与碳化物、氮化物等相近的热膨胀系数，并具有比碳化物、氮化物等更高的韧性。因此，在模具基材与由碳化物、氮化物等形成的第2层之间，设置由含有IVa～VIa族元素的金属或合金构成的第1层，可以抑制第2层及第3层的剥离或热裂。此外，由碳化物、氮化物等构成的第2层有效地提高了耐熔损性；由氧化物构成的第3层与Al等金属熔液的浸润性较低，所以有效地提高了耐烧结性。因此，通过依次形成第1层～第3层，可以同时获得耐熔损性和耐烧结性以及耐热裂性。

另外，如果在第2层和第3层之间形成由含有IVa～VIa族元素的金属或者合金构成的第4层，则即使在更苛刻的条件下使用，也能够同时获得耐熔损性和耐烧结性以及耐热裂性。

附图简要说明

[图1]是根据本发明第1实施方案的压铸模具的剖面示意图。

[图2]是根据本发明第2实施方案的压铸模具的剖面示意图。

[图3]是铝熔损试验机的概略结构图。

[图4]图4(a)是热裂试验机的概略结构图，图4(b)是热裂试片的概略结构图。

[图5]是显示热裂试验的1个循环的图。

符号的说明

1a、1b 压铸模具

2a、2b 模具基材

3a、3b 第1层

4a、4b 第2层

5a、5b 第3层

6b 第4层

具体实施方式

以下对本发明的一个实施方案进行详细说明。

[1.压铸模具(1)]

首先，对根据本发明的第1实施方案的压铸模具进行说明。图1显示的是根据本发明的第1实施方案的压铸模型的剖面示意图。图1中，本实施方案的压铸模具1a具有模具基材2a、第1层3a、第2层4a和第3层5a。

[1.1.模具基材]

对于本发明中的模具基材2a的组成没有特别的限定，可以使用Al、Zn、Mg等通常用于压铸的各种材料。

模具基材2a中所使用的材料，具体来说，有SKD4、SKD5、SKD6、SKD7、SKD8、SKD61、SKD62等热作工具钢等材料。

通常来说，模具基材2a在进行淬火回火、并进行硬度调节处理后才使用。可以只对模具基材2a进行淬火回火，或者也可以在淬火回火后对其表面进行氮化处理。如果预先对模具基材2a的表面进行氮化处理，则表面的热膨胀系数降低，因此能够抑制第1层3a～第3层5a发生剥离或龟裂。另外，在压铸Al、Zn、Mg等时，由于模具基材2a难溶于这些金属的熔液中，所以即使模具表面上(例如)有小孔也难以引起熔损。可以对至少形成有第1层3a～第3层5a的表面进行氮化处理。

[1.2.第1层]

在模具基材2a的表面的至少一部分上形成第1层3a。可以在模具基材2a的整个表面上形成第1层3a，也可以至少在易于发生熔损或烧结的部分上形成第1层3a。作为易于发生熔损或烧结的部分，包括模具内腔的表面、与内腔连通的熔液通道的表面、与内腔相邻的表面等。

第一层3a由单层或多层的含有选自IVa族元素(₂₂Ti、₄₀Zr、₇₂Hf)、Va族元素(₂₃V、₄₁Nb、₇₃Ta)及VIa族元素(₂₄Cr、₄₂Mo、₇₄W)中的任意一种以上元素的金属或者合金形成。第1层3a可以仅含有IVa～VIa族元素，或者，除这些元素之外还可以含有1种或2种以上的其他元素。所谓的其他元素，具体来说有Si、Al等。

作为构成第1层3a的合金，具体来说有TiAl、TiAlSi、CrAl等。

第1层3a可以为单层，或者也可以为多层。所谓“多层”，是指由组成不同的2种以上的层形成的层合体。如果第1层3a为多层，根据其处于模具侧与表面侧的位置而可以调节硬度，所以能够获得较高的应力缓和效果。

如果第1层3a的硬度过高，则对模具施加冷热循环处理时，由塑性变形而产生的应力缓和效果就变得不充分。为提高耐热裂性，第1层3a的显微维氏硬度优选在1000Hv以下。

一般而言，第1层3a的硬度越低，可以得到越高的应力缓和作用。但是，在第1层3a上形成的第2层4a及第3层5a由于缺乏韧性，所以如果第1层3a的硬度过低的话，少许外力就会使第1层3a产生很大的变形，从而可能助长第2层4a及第3层5a发生剥离或龟裂。所以，第1层3a的显微维氏硬度优选在400Hv以上。第1层3a的显微维氏硬度更优选在600Hv以上。

此外，当第1层3a为多层时，第1层3a整体的硬度可以在上述范围内。

如果第1层3a的厚度过薄，则第1层3a产生的应力缓和效果会变得不充分。为了提高耐热裂性，第1层3a的厚度优选在1μm以上。

另一方面，如果第1层3a的厚度过厚，在受到外力作用时第1层3a所产生的变形量增大，可能会助长第2层4a及第3层5a发生剥离或龟裂。所以，第1层3a的厚度优选在30μm以下。

此外，当第1层3a为多层时，第1层3a整体的厚度可以在上述范围内。

[1.3.第2层]

第2层4a形成于第1层3a上。

第2层4a由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的碳化物、氮化物或者碳氮化物构成。第2层4a可以只含有IVa～VIa族元素，或者，除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上的其他元素。所谓的其他元素，具体来说有Si、Al等。

作为构成第2层4a的材料，具体来说，包括下列物质：

(1)VC、Mo₂C、WC、TiC、TaC等碳化物；

(2)TiN、ZrN、HfN、NbN、TaN、CrN、TiAlN、TiAlSiN等氮化物；

(3)TiCN等碳氮化物；等等。

第2层4a可以为单层，或者也可以为多层。如果第2层4a为多层，则根据其处于模具侧和表面侧的位置而可以调节硬度，所以能够获得较高的应力缓和效果。

对于第2层4a的厚度，优选根据目的来选择最佳厚度。第2层4a主要对提高耐熔损性有效，但如果第2层4a过薄，则不能获得充分的耐熔损性。因此，第2层4a的厚度优选在1μm以上。第2层4a的厚度更优选在2μm以上。

另一方面，如果第2层4a的厚度过厚，则第2层4a会变得易于剥离。所以，第2层4a的厚度优选在10μm以下。第2层4a的厚度更优选在8μm以下，进一步优选在6μm以下，更进一步优选在4μm以下。

此外，当第2层4a为多层时，第2层4a整体的厚度可以在上述范围内。

[1.4.第3层]

第3层5a形成于第2层4a上。

第3层5a由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的氧化物构成。第3层5a可以仅含有IVa～VIa族元素，或者，除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上的其他元素。所谓的其他元素，具体来说有Si、Al等。

作为构成第3层5a的氧化物，具体来说包括TiO₂、Cr₂O₃、ZrO₂、HfO₂、V₂O₅、Nb₂O₅、Ta₂O₅、MoO₃、WO₃、SiO₂、Al₂O₃等。

第3层5a可以为单层，或者也可以为多层。

第3层5a主要对提高耐烧结性有效，但如果第3层5a过薄，则不能获得充分的耐烧结性。另一方面，如果第3层5a的厚度过厚，则第3层5a易于剥离。所以，优选根据目的来选择第3层5a的最佳厚度。

[2.压铸模具(2)]

下面对于根据本发明的第2实施方案的压铸模具进行说明。图2示出了根据本发明的第2实施方案的压铸模具的剖面示意图。在图2中，根据本实施方案的压铸模具1b具有模具基材2b、第1层3b、第2层4b、第4层6b和第3层5b。其中，模具基材2b、第1层3b及第2层4b由于与第1实施方案相同，省略其说明。

[2.1.第4层]

第4层6b形成于第2层4b和第3层5b之间。

第4层6b由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或合金构成。第4层6b可以仅含有IVa～VIa族元素，或者，除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上的其他元素。所谓的其他元素，具体有Si、Al等。

构成第4层6b的合金具体来说有TiAl、TiAlSi、CrAl等。

第4层6b可以为单层，或者也可以为多层。

如果第4层6b的厚度过薄，则在对第4层6b进行氧化时氧化物层的形成会不充分。为了得到防止烧结的效果，第4层6b的厚度优选在1μm以上。

另一方面，如果第4层6b的厚度过厚，则当受到外力作用时第4层6b产生的变形量大，会助长第4层6b上的氧化物覆膜发生剥离或龟裂，从而发生烧结。所以，第4层6b的厚度优选在30μm以下。

此外，当第4层6b为多层时，第4层6b整体的厚度可以在上述范围内。

[2.2.第3层]

第3层5b形成于第4层6b上。作为第3层5b的形成方法，具体来说包括下列方法：

(1)第1种方法，即，在第4层6b上，采用离子镀法、溅射法等形成第3层5b；

(2)第2种方法，即，在形成第4层6b后，仅对第4层6b的表面进行氧化处理；等等。特别是，因为第2种方法能够得到致密的、并且与第4层6b具有优异的粘附性的第3层5b，所以特别适合作为第3层5b的形成方法。关于第3层5b的其他方面，由于与第1实施方案相同，省略其说明。

[3.压铸模具的制造方法(1)]

下面对根据本发明的第1实施方案的压铸模具的制造方法进行说明。根据本发明第1实施方案的压铸模具的制造方法，包括：氮化处理工序、第1层形成工序、第2层形成工序及第3层形成工序。

[3.1.氮化处理工序]

氮化处理工序是对模具基材的其上至少形成有第1层的表面进行氮化处理的工序。通常来说，对模具基材进行淬火回火以调节其硬度后才使用。对于氮化处理方法没有特别的限定，根据不同目的可以使用各种方法。作为氮化处理的方法，具体来说有气体氮化法、液体氮化法、离子氮化法等。

另外，也可以省略氮化处理。但是，如果在形成第1层之前对模具基材的表面进行氮化处理，则模具基材表面的硬度增加，同时，表面的热膨胀系数降低，所以具有能够进一步提高耐热裂性、从而进一步延长模具寿命的优点。

[3.2.第1层形成工序]

第1层形成工序是根据需要在实施了氮化处理后，在模具基材的表面的至少一部分上形成第1层的工序，其中所述第1层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成，并且所述第1层的显微维氏硬度为1000Hv以下、厚度为1～30μm。第1层可以仅含有IVa族元素～VIa族元素，或者除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上其他元素。所谓的其他元素，具体来说有Si、Al等。

对于第1层的形成方法没有特别的限定，根据不同的目的可以使用各种方法。作为第1层的形成方法，具体来说，包括电解金属镀法、蒸镀法、离子镀法等。当第1层由多层构成时，各层可以采用相同的方法来形成，或者也可以采用不同的方法来形成。

第1层的厚度可以通过处理时间等来进行控制。另外，第1层的组成可以根据电解液的组成、目标物的组成等来进行控制。此外，第1层的硬度可以通过第1层的组成或形成方法的最优化等来进行控制。

[3.3.第2层形成工序]

第2层形成工序是在第1层上形成第2层的工序，其中所述第2层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的碳化物、氮化物或者碳氮化物构成。第2层可以仅含有IVa族元素～VIa族元素，或者除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上其他元素。所谓的其他元素，具体来说有Si、Al等。

对于第2层的形成方法没有特别的限定，根据不同的目的可以使用各种方法。作为第2层的形成方法，具体来说，包括下列方法：

(1)在第1层上，采用离子镀法、溅射法等直接形成第2层的方法；

(2)在形成第1层之后，采用公知的方法对第1层的表面进行碳化、氮化或者碳氮化的方法；等等。当第2层由多层构成时，各层可以使用相同的方法来形成，或者也可以使用不同的方法来形成。

第2层的厚度可以通过处理时间等来进行控制。

[3.4.第3层形成工序]

第3层形成工序是在第2层上形成第3层的工序，其中所述第3层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的氧化物构成。

第3层可以仅含有IVa族元素～VIa族元素，或者除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上其他元素。所谓的其他元素，具体有Si、Al等。

对于第3层的形成方法没有特别的限定，根据不同的目的可以使用各种方法。作为第3层的形成方法，具体来说包括下列方法：

(1)第1种方法，即，在第2层上采用离子镀法、溅射法等形成第3层；

(2)第2种方法，即，在形成第2层之后，仅对第2层的表面进行氧化处理；等等。

特别是，由于第2种方法能够得到致密的、并且与第2层具有优异的粘附性的第3层，所以特别适合作为第3层的形成方法。

当第3层由多层构成时，各层可以使用相同的方法来形成，或者也可以使用不同的方法来形成。

第3层的厚度可以通过处理时间等来进行控制。

作为对第2层进行的氧化处理方法，具体来说，包括下列方法：

(1)将试样放置在500～600℃的氧化性氛围的炉中的方法；

(2)将试样浸渍在500～600℃的盐浴中的方法；等等。

无论使用哪种氧化处理方法，如果加热温度过低，氧化都不会充分，从而不能改善耐烧结性。所以，加热温度优选为500℃以上。

另一方面，如果加热温度过高，不仅模具的硬度会降低，氧化层也会劣化，从而使耐烧结性降低。所以，加热温度优选在600℃以下。

[4.压铸模具的制造方法(2)]

下面对根据本发明的第2实施方案的压铸模具的制造方法进行说明。本发明第2实施方案的压铸模具的制造方法包括：氮化处理工序、第1层形成工序、第2层形成工序、第4层形成工序及第3层形成工序。其中，氮化处理工序、第1层形成工序及第2层形成工序与第1实施方案相同，省略其说明。

[4.1.第4层形成工序]

第4层形成工序是在第2层与第3层之间形成第4层的工序，其中所述第4层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成。第4层可以仅含有IVa族元素～VIa族元素，或者除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上其他元素。所谓的其他元素，具体有Si、Al等。

由于第4层形成工序的其他方面与第1层形成工序相同，省略其说明。

[4.2.第3层形成工序]

第3层形成工序是在第4层上形成第3层的工序，其中所述第3层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的氧化物构成。第3层可以仅含有IVa族元素～VIa族元素，或者除了这些元素之外还可以含有1种或2种以上其他元素。所谓的其他元素，具体有Si、Al等。

作为第3层的形成方法，具体来说包括下列方法：

(1)第1种方法，即，在第4层上采用离子镀法、溅射法等形成第3层；

(2)第2种方法，即，在形成第4层之后，仅对第4层的表面进行氧化处理；等等。特别是，由于第2种方法能够得到致密的、并且与第4层具有优异的粘附性的第3层，所以特别适合作为第3层的形成方法。

由于第3层形成工序的其他方面与第1层形成工序相同，省略其说明。

[5.根据本发明的压铸模具及其制作方法的作用]

下面对根据本发明的压铸模具及其制作方法的作用进行说明。

含有IVa～VIa族元素的金属或合金具有与碳化物、氮化物等相近的热膨胀系数、并具有比碳化物、氮化物等更高的韧性。因此，在金属基材与由碳化物、氮化物等形成的第2层之间，设置由含有IVa～VIa族元素的金属或合金构成的第1层，可以抑制第2层及第3层的剥离或热裂。此外，由碳化物、氮化物等构成的第2层能有效地提高耐熔损性；由氧化物构成的第3层由于与Al等金属熔液的浸润性较低，从而有效地提高了耐烧结性。因此，通过依次形成第1层～第3层，能够同时获得耐熔损性和耐烧结性以及耐热裂性。

另外，如果预先对模具基材实施氮化处理，则模具表面的硬度增加，同时，表面的热膨胀系数降低。因此，能够进一步提高耐热裂性，从而进一步延长模具的寿命。

实施例

(实施例1～35、比较例1～24)

[1.试样的制备]

准备由SKD61制成的圆柱形(

11×70mm)及环形(

15.5×

3.5孔×5.5mm)的试片，通过进行淬火(加热到1020℃后，油浴冷却)及回火(620℃×1小时)将其硬度调节为44HRC。然后，精加工成圆柱形(

10×60mm)及环形(

15×3.5孔×5mm)。对一部分试片进一步进行自由基氮化处理。自由基氮化处理的条件为：在20体积％的NH₃气体-80体积％的H₂气体中，500℃×3小时。

然后，通过对各试样的表面进行离子镀处理，形成单层或多层的第1层及第2层，并根据需要形成第4层。通过调节电场电压及处理时间来控制各层的厚度。此外，在形成碳化物、氮化物或者碳氮化物的情况下，向反应容器中导入反应气体(甲烷、氮气等)。反应气体的分压为1～10Pa。

然后，在形成了第2层或第4层之后，在空气炉或盐浴中对第2层或第4层进行氧化处理。

[2.试验方法]

[2.1.维氏硬度]

在试片的表面上形成第1层后，测定第1层的维氏硬度。测定荷重为0.098N。

另外，实施例18、19的维氏硬度为镀覆多层镀层后的硬度。

[2.2.熔损率]

使用如图3所示的铝熔损试验机来测定熔损率。在图3中，铝熔损试验机10包括：与台面FL垂直设置的支柱11；通过滑块12由支柱11支撑的、可以自由升降的臂杆13；从臂杆13的前端附近垂下的、并且通过电动机M的作用可以旋转的旋转轴14；以及固定于旋转轴14下端的圆板15。在圆板15的下面，在偏离圆板15中心的位置处向下固定有试片，并且为了保护试片的根部不接触铝金属熔液而设计有夹具16。在圆板15的下方，设置盛有铝合金熔液L的保持炉17。加热器h以螺旋状缠绕在保持炉17的外表面，保持炉17被安装在隔热槽18内。

将经过表面处理的

10试片p以前端伸出30mm的状态安装在夹具16上。在这种状态下，使滑块12下降，将试片p前端30mm浸渍在加热至750℃的铸造用铝合金(JIS ADC12)的熔液中，并将圆板15以200rpm的速度旋转5小时。

测定试验前后各试片p的重量，计算熔损率(试验前后的重量差的比值)。

[2.3.烧结性]

将经过表面处理的10试片浸渍在加热至750℃的铸造用铝合金(JIS ADC12)的熔液中30秒。将试片从熔液中提出，冷却至室温后，将作为废物而附着在表面上的铝合金的凝固膜尽可能地除去。通过目测观察是否有凝固膜残留，从而评价其烧结性。

[2.4.热裂试验]

使用图4(a)所示的热裂试验机进行热裂试验。作为试片，使用图4(b)所示的环形试片。将热裂试验机20的支承部21的细径部分24插入试片p的贯通孔中，用夹具22、23将试片p从上下夹住以固定。将试片p的外表面用高频线圈C在4秒钟内加热至700℃后，用放水管(未示出)向试片p喷洒冷却水，将试片p冷却至约80℃，进行这样的循环试验(参照图5)。重复上述操作1000次。

试验结束后，通过目测观察试片的整个外表面，评价有无覆膜剥离。当在试片的整个外表面上存在的剥离的长度或宽度中任意一者超过100μm时，即判定为“发生剥离”。

另外，循环试验结束后，将试片折断为一半。将该试片埋入到树脂中，研磨，用显微镜观察并计数存在于整个外表面上的裂缝条数。

[3.结果]

试验结果如表1～表3所示。另外，在表1～表3中也同时示出了第1层、第2层及第4层的组成、厚度、氧化处理条件及基材是否经过氮化处理。

[表1]

对于比较例1～4、8、10～13来说，由于第1层由碳化物、氮化物或碳氮化物构成，所以均发生覆膜剥离，并且裂缝条数多、熔损率超过6％。对于比较例5～7、9来说，第1层均为Cr，但是第1层的维氏硬度均超过1000Hv，故而由于第1层的厚度过薄或第1层的厚度过厚，导致裂缝条数多、熔损率也高。

另外，对于比较例14～24来说，由于没有进行氧化处理，所以试片都发生了烧结。此外，对于第1层仅由氮化物构成的比较例18～21来说，裂缝条数明显增多，熔损率也高。

与此相对的是，在实施例1～35中，由于它们的第1层均由具有预定厚度及硬度的金属层构成，所以无剥离现象产生，并且裂缝条数也明显较少。此外，由于在第1层上形成了由碳化物等构成的第2层，所以熔损率也很低。另外，由于经过氧化处理在表面上形成了第3层，所以耐烧结性也优异。

尤其是，氧化处理温度为500～600℃的实施例1～33，显示出了极佳的耐烧结性。此外，对基材进行了氮化处理的实施例20～23、28～33，它们的熔损率明显较小。另外，在第2层和第3层之间形成有第4层的实施例24～31，其裂缝条数明显较少。

以上对本发明的实施方案进行了详细地说明，但本发明并不局限于上述实施方案，可以在不脱离本发明的精神的范围内对其进行各种改变。

工业适用性

根据本发明的压铸模具及其制造方法，可以用作压铸Al、Mg、Zn等的压铸模具及其制造方法。

Claims

1.一种压铸模具，其包括：

模具基材；

第1层，该第1层形成在上述模具基材的表面的至少一部分上，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成，并且其显微维氏硬度为1000Hv以下、厚度为1～30μm；

第2层，该第2层形成在上述的第1层上，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的碳化物、氮化物或者碳氮化物构成；以及，

第3层，该第3层形成在上述的第2层上，其由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的氧化物构成。

2.权利要求1所述的压铸模具，其中，对所述模具基材的表面进行氮化处理，其中所述表面上至少形成有所述第1层。

3.权利要求1或2所述的压铸模具，其中，所述第3层是通过对所述第2层的表面进行氧化处理而得到的。

4.权利要求1或2所述的压铸模具，其中，该压铸模具进一步还包括在所述第2层和所述第3层之间形成的第4层，其中所述第4层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成，并且所述第3层是通过对所述第4层的表面进行氧化处理而得到的。

5.一种压铸模具的制造方法，其包括下列工序：

在模具基材的表面的至少一部分上形成第1层的第1层形成工序，其中所述第1层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成，并且其显微维氏硬度为1000Hv以下、厚度为1～30μm；

在所述第1层上形成第2层的第2层形成工序，其中所述第2层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的碳化物、氮化物或者碳氮化物构成；以及，

在所述第2层上形成第3层的第3层形成工序，其中所述第3层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的氧化物构成。

6.权利要求5所述的压铸模具的制造方法，其中，所述第3层形成工序为对所述第2层的表面进行氧化处理的工序。

7.权利要求5所述的压铸模具的制造方法，其中，进一步还包括在所述第2层和所述第3层之间形成第4层的第4层形成工序，其中所述第4层由单层或多层的含有选自IVa族元素、Va族元素及VIa族元素中的任意一种以上元素的金属或者合金构成，并且所述第3层形成工序为对所述第4层的表面进行氧化处理的工序。

8.权利要求5至7中任意一项所述的压铸模具的制造方法，其中，进一步还包括在形成所述第1层之前对所述模具基材的表面进行氮化处理的氮化处理工序，其中所述表面上至少形成有所述第1层。