CN107532279B

CN107532279B - 包覆模具及其制造方法

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Publication number: CN107532279B
Application number: CN201680023253.8A
Authority: CN
Inventors: 本多史明
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2036-04-22
Also published as: US11779989B2; KR102174803B1; KR20170129876A; EP3287544A4; US20180141102A1; EP3287544B1; CN107532279A; WO2016171273A1; ES2878165T3; EP3287544A1; JPWO2016171273A1; JP6477867B2

Abstract

本发明的目的在于提供一种从冷到温热的使用区域耐久性和耐粘附性优异的包覆模具及其制造方法。一种包覆模具，其是在表面具有硬质覆膜的包覆模具，其特征在于，所述硬质覆膜包括：膜厚是5μm以上的由氮化物形成的A层；由类金刚石碳覆膜形成的B层，所述B层位于比所述A层靠外表面侧的位置，所述B层的表面满足算术平均粗糙度Ra≤0.2μm、最大高度Rz≤2.0μm、偏斜度Rsk＜0。

Description

包覆模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及适用于例如冲压加工用、锻造用的模具等包覆有硬质覆膜的包覆模具及其制造方法。

背景技术

以往，锻造、冲压加工这样的塑性加工使用了以冷作模具钢、热作模具钢、高速度钢这样的工具钢所代表的钢、超硬合金等为母材的模具。上述的塑性加工的方法具有在室温附近进行加工的冷加工、被加工材料被加热成400℃以上而进行加工的温加工、热加工。在使用了冲压加工用、锻造用的模具的塑性加工中，由于模具的作业面和被加工材料滑动，在模具的作业面产生磨损、粘结，易于产生模具的作业面的损耗，期望的是模具寿命的提高。

近年，为了模具寿命的提高，适用了利用物理蒸镀法(以下称为PVD法)在模具的作业面包覆硬质覆膜而成的包覆模具。在物理蒸镀法中，即使是在各种包覆形成手段中，包覆温度也是比钢的回火温度低的温度，因此，由包覆引起的模具的软化较少，难以产生模具的变形、尺寸变化。

在例如专利文献1中示出了适用作为耐热性和耐磨性优异的膜种的AlCrSi的氮化物的内容。另外，专利文献2示出了一种覆膜构造，在该覆膜构造中，设置将润滑特性优异的V的氮化物和AlCrSi的氮化物交替地层叠而成的层叠覆膜，并将其表面粗糙度控制在一定范围内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-042146号公报

专利文献2：日本特开2011-183545号公报

发明内容

发明要解决的问题

近年来，作为汽车车身所使用的钢板，高强度钢板正在增加，对于高强度钢板的成形，存在适用对被加工材料进行加热而与冲压成形的同时地进行淬火的热模锻法的情况。尤其是，在利用热模锻法对镀有铝、锌的镀覆钢板进行加工的情况下，存在在模具表面产生粘附而提前达到模具寿命终点的情况。

根据本发明人的研究，确认到：在负荷较大的使用环境下、利用热模锻法等对镀覆钢板进行加工的情况下，对于以往的包覆模具，模具寿命和耐粘附性存在改善的余地。本发明的目的在于提供一种耐磨性、耐热性以及耐粘附性优异的包覆模具及其制造方法。

用于解决问题的方案

本发明的一方案是一种包覆模具，其是在表面具有硬质覆膜的包覆模具，其中，所述硬质覆膜包括膜厚是5μm以上的由氮化物形成的A层和由类金刚石碳覆膜形成的B层，所述B层位于比所述A层靠外表面侧的位置，所述B层的表面满足算术平均粗糙度Ra≤0.2μm、最大高度Rz≤2.0μm、偏斜度Rsk＜0。优选的是，所述A层是含有铬的氮化物和含有钒的氮化物交替地层叠而成的层叠覆膜，优选的是，所述A层的膜厚是8μm以上。

本发明的另一方案是包覆模具的制造方法，其是在表面包覆有硬质覆膜的包覆模具的制造方法，其中，该包覆模具的制造方法包括如下工序：包覆膜厚是5μm以上的由氮化物形成的A层的工序；对所述A层的表面进行研磨、将所述A层的表面粗糙度设为Ra≤0.2μm、Rz≤2.0μm、Rsk＜0的表面研磨工序；以及在所述A层的表面研磨工序之后包覆由类金刚石碳覆膜形成的B层的工序，所述B层的表面满足算术平均面粗糙度Ra≤0.2μm、最大高度Rz≤2.0μm、偏斜度Rsk＜0。优选的是，所述A层包覆8μm以上。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种在从冷到温热的使用区域内耐久性优异且能够使模具寿命提高的包覆模具。

附图说明

图1是本发明例的划刻硬度试验结果。

图2是表示本发明例的覆膜截面的放大照片。

图3是表示比较例的覆膜截面的放大照片。

图4是对象材料是Zn时的、本发明例和比较例的球-盘试验结果。

图5是对象材料是Al时的、本发明例和比较例的球-盘试验结果。

图6是表示本发明例和比较例的由球-盘试验导致的覆膜的损伤形态的、覆膜表面的放大照片。

具体实施方式

在锻造、冲压加工这样的塑性加工所使用的模具中，使用在表面形成有硬质覆膜的包覆模具。在这些用途所使用的包覆模具中，施加于硬质覆膜的表面的力较大，因此，若覆膜较薄，覆膜强度欠缺，覆膜易于损伤。尤其是，在高负荷环境下，在覆膜与模具的界面施加较大的力，因此，覆膜与模具的弹性变形量不同，因此，易于产生覆膜剥离、覆膜损伤。因此，硬质覆膜的膜厚给模具寿命带来的影响极大。另外，在硬质覆膜自身的滑动特性欠缺的情况下，存在产生粘结而提前达到模具寿命终点的倾向。

本发明人获得了如下见解：为了在高负荷的环境下发挥优异的耐久性，作为硬质覆膜，在由厚膜的氮化物形成的层(A层)的上层(上层是指以包覆模具的形成有硬质覆膜的外表面侧为上、以包覆模具的内部侧为下的情况的上侧的层)设置有由类金刚石碳(以下也记载为DLC)覆膜形成的层(B层)的覆膜结构是有效的，，重要的是对A层的与B层相对的面进行研磨。以下，说明详细情况。此外，本说明书中的耐久性是耐磨性、耐热性、耐粘附性的统称，优异的耐久性是指上述的三种耐受性优异。

由氮化物形成的覆膜是耐热性和耐磨性优异的膜种，并存在与作为模具的钢等的密合性也优异的倾向。因此，通过使氮化物的覆膜形成得更厚，能够更加提高包覆模具的耐久性。在本发明中，为了在高负荷的使用环境下发挥优异的耐久性，设置5μm以上的厚膜的由氮化物形成的A层。但是，由氮化物形成的A层存在滑动特性欠缺的倾向，存在初始产生粘结、粘附的情况。因此，为了对包覆模具赋予优异的滑动特性，在A层的上层设置作为滑动特性优异的膜种的类金刚石碳覆膜的B层。通过在A层的上层设置作为滑动特性优异的膜种的类金刚石碳覆膜，存在初始的粘结、粘附被抑制的倾向，能够提高耐粘附性。

在此，为了B层充分地起到效果，重要的是，对A层的与B层相对的面进行研磨，之后设置B层。在本发明中，将A层控制成厚膜，因此，A层易于蓄积微滴、覆膜缺陷，形成有覆膜的状态下的A层的表面就成为粗糙的面。因此，若在成为粗糙的面的A层的正上方直接设置以非晶质为主体的作为类金刚石碳覆膜的B层，则以与A层的粗糙面(凹凸)相仿的方式也在B层表面产生凹凸，B层的表面状态恶化。该B层的表面的凹凸起因于A层的表面粗糙度，因此，即使仅对B层进行研磨，也难以改善B层的表面粗糙度(特别是后述的偏斜度Rsk)。而且，存在难以充分地确保A层与B层的密合性、也易于引起剥离的倾向。因此，通过对A层的表面进行研磨而去除了微滴等表面缺陷后设置B层，提高A层与B层的密合性，并且，能够将B层的表面粗糙度设为平滑的状态。

通过对上述的A层实施研磨，本发明中的B层的表面能够设为算术平均粗糙度Ra(依据日本JIS-B-0601-2001)是0.2μm以下、最大高度Rz(依据日本JIS-B-0601-2001)是2.0μm以下、偏斜度Rsk(依据日本JIS-B-0601-2001)小于0。

若在硬质覆膜的表面包括微滴、覆膜缺陷、杂质等，则并不适于用作模具。并且，在滑动环境下，覆膜表面的凸部成为起点，对被加工材料进行击打，产生磨损粉末，从而产生覆膜剥离、磨损。因此，除了作为一般的表面粗糙度的指标的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz之外，为了把握凸部的出现率，重要的是控制偏斜度Rsk。

偏斜度Rsk是表示振幅分布曲线相对于中心线的对称性的参数。在例如在表面存在较多凹部的覆膜表面的情况下，呈现偏斜度Rsk小于0，在凸部较多的情况下，偏斜度Rsk呈现0以上，能够对凸部和凹部的出现率进行管理。在本发明中，优选凸部较少，将偏斜度Rsk设为小于0为佳。

在由砂纸进行的研磨、喷射由树脂和金刚石粒子构成的介质的研磨中，能够降低算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz的表面粗糙度，但可靠地降低凸部并不容易，难以使覆膜的偏斜度Rsk小于0。另一方面，只要实施已使用了金刚石糊剂的抛光，就易于获得平滑且凸部减少了的表面，优选的是，将覆膜的偏斜度Rsk设为小于0。

A层是氮化物，只要总膜厚是5μm以上，就既可以是单层也可以是多层。另外，也可以是组成不同的氮化物交替地层叠而成的层叠覆膜。

优选A层的研磨后的膜厚是8μm以上。进一步优选的是，A层是10μm以上。但是，若膜厚过厚，则存在由于加工条件不同而易于产生覆膜剥离的情况。因此，优选的是，A层的膜厚是70μm以下。进一步优选是60μm以下。进一步优选是50μm以下。进一步优选是40μm以下。

优选的是，A层是由从化学元素周期表的4a族、5a族、6a族的金属元素以及铝(Al)、硅(Si)、硼(B)中选择的1种或两种以上的元素构成的氮化物。由这些元素构成的氮化物的耐热性和耐磨性较高，因此，耐久性优异。另外，优选的是，A层的结晶构造设为存在耐久性更优异的倾向的面心立方晶格(fcc)构造。

另外，在严酷的使用环境下，B层也具有磨损的可能性。因而，为了在A层暴露着的状态下也确保一定程度的耐久性，优选A层包括含有铬(Cr)的氮化物。具体而言，优选例如是CrN、CrAlN、CrSiN、AlCrSiN等硬质覆膜，这些硬质覆膜的耐磨性和耐热性优异。另外，通过硬质覆膜含有铬，存在易于在加工中的模具表面形成均匀且致密的氧化膜、损伤被抑制的倾向。因此，对于在滑动过程中产生摩擦热的高负荷环境中所使用的模具，通过适用含有铬的氮化物，对包覆模具的寿命提高是有效的，是优选的。

另外，优选的是，A层也包括含有钒(V)的氮化物。对于以钒为主体的化合物，在25℃～200℃的使用温度区域中钒被适度地氧化，因此，其将较薄的氧化层形成于模具表面，使与对象材料(被加工材料)之间的亲和性降低。因此，通过A层含有滑动特性优异的钒的氮化物，硬质覆膜的整体具有优异的滑动特性，能够减少模具的使用过程中的被加工材料向覆膜表面的附着。并且，在被加工材料是铁系的情况下，钒的氧化物与被加工材料的表面、作为磨损粉末的铁氧化物发生反应而使铁氧化物软化，因此，能够抑制由于磨损粉末陷入覆膜而进行的磨料磨损。另外，钒的氧化物使被加工材料的铁氧化物软化的效果存在在滑动中抑制磨损粉末的产生的倾向，能够在冲压成型中的作业面抑制局部的划刻、粘结。

在本发明的A层是单层的情况下，优选是铬氮化物或钒氮化物。该铬氮化物包括添加有从化学元素周期表的4a族、5a族、6a族的金属元素以及铝(Al)、硅(Si)、硼(B)中选择的1种或两种以上的元素的铬氮化物。

为了有效地获得上述的铬和钒的添加效果，优选的是，A层包括含有铬的氮化物和含有钒的氮化物交替地层叠而成的层叠覆膜。通过设为这样的层叠覆膜，对作为硬质覆膜的主体的厚膜的A层赋予优异的耐磨性和耐热性的同时，也赋予优异的滑动特性，能够使包覆模具的耐久性更加提高。

优选含有铬的氮化物是以金属部分的原子比率计铬为30％以上的氮化物。另外，优选含有钒的氮化物是以金属部分的原子比率计钒为60％以上的氮化物。更优选的是70％以上，进一步优选是80％以上。

为了使含有耐磨性和耐热性优异的铬的氮化物和含有滑动特性优异的钒的氮化物的两特性有效地显现，优选将层叠覆膜的各膜厚设为100nm以下。通过对层叠覆膜的各膜厚进行控制，成为平衡良好地兼顾上述的各特性的包覆模具。并且，即使是在使用中的各温度环境下，抑制覆膜滑动面的凹凸产生，且对被加工材料的击打性也较低，因此，能够抑制滑动时产生的粘结等损伤，改善包覆模具的寿命。更优选各膜厚小于50nm，进一步优选小于20nm。另外，优选各膜厚是3nm以上。

而且，在本发明中，为了在严酷的使用环境下也体现充分的滑动特性，优选含有钒的氮化物的膜厚比含有铬的氮化物的膜厚厚。而且，只要含有钒的氮化物的膜厚是含有铬的氮化物的膜厚的1.5倍以上，就充分地生成提高滑动特性的钒的氧化物，因此，更加优选。更优选的是2.0倍以上。

另外，若成为大致300℃以上的使用温度区域，则以钒为主体的化合物的氧化进一步发展，形成过剩的氧化物，因此，存在由于使用环境的不同而耐磨性降低的情况。因此，优选的是，含有钒的氮化物的膜厚设为含有铬的氮化物的膜厚的4.0倍以下。

在本发明的A层是多层的情况下，优选的是铬氮化物和钒氮化物的层叠覆膜，进一步优选的是，铬氮化物和钒氮化物交替地层叠。另外，铬氮化物也可以添加从化学元素周期表的4a族、5a族、6a族的金属元素以及铝(Al)、硅(Si)、硼(B)中选择的1种或两种以上的元素。

优选B层是包括具有sp²键、sp³键等碳原子彼此的键的碳、和/或不具有碳原子彼此的键合的自由碳的类金刚石碳覆膜。为了赋予更高的滑动特性，优选的是sp²键的含量比sp³键的含量多的类金刚石碳覆膜。只要是在构成B层的元素中碳原子最多的范围内，B层就也可以根据需要含有其他元素。

为了赋予耐磨性、耐热性等特性，优选B层含有金属(包括半金属在内)元素。B层所含有的金属(包括半金属在内)元素以金属、合金、碳化物、氮化物、碳氮化物、碳酸氮化物、碳硼化物等化合物的形态含有即可。优选的是，金属(包括半金属在内)元素的含有比率(原子％)是2％以上。进一步优选的是5％以上。但是，存在若金属(包括半金属在内)元素的含有比率变多、则滑动特性降低的倾向。因此，优选的是，B层的金属(包括半金属在内)元素的含有比率(原子％)是20％以下。进一步优选的是10％以下。

另外，为了赋予耐热性，优选的是，B层是含有氮的类金刚石碳覆膜。通过类金刚石碳覆膜含有氮，能够对覆膜赋予更优异的耐热性。优选的是，氮的含有比率(原子％)是5％以上。进一步优选的是10％以上。但是，若氮的含量过多，则存在滑动特性降低的倾向。因此，为了赋予优异的耐热性，优选的是，B层的氮的含有比率(原子％)是20％以下。进一步优选的是15％以下。

另外，优选的是，B层是含有氢的类金刚石碳覆膜。通过类金刚石碳覆膜含有氢，能够降低覆膜硬度而赋予更优异的滑动特性。优选的是，氢的含有比率(原子％)是5％以上。进一步优选的是10％以上。但是，若氢的含量过多，则存在耐磨性降低的倾向。因此，优选的是，B层的氢的含有比率(原子％)是30％以下。进一步优选的是25％以下。

B层既可以分别单独地含有金属(包括半金属在内)元素、氮、氢，也可以同时含有。例如B层既可以同时含有金属(包括半金属在内)元素、氮、氢，也可以仅含有氮、氢，既可以仅含有金属(包括半金属在内)元素和氮，也可以仅含有金属(包括半金属在内)元素和氢。

B层既可以是单层，也可以是多层。B层能含有Ar等稀有气体、氧等。

优选的是，B层的膜厚是1μm以上。进一步优选的是2μm以上。但是，若膜厚过厚，则存在由于加工条件的不同而易于产生覆膜剥离的情况。因此，优选的是，B层的膜厚是15μm以下。进一步优选的是12μm以下。

本发明的模具材料并没有特别限定，但能够适当使用冷作模具钢、热作模具钢、高速度工具钢或超硬合金等。模具也可以是预先适用了利用了氮化处理或渗碳处理等这样的扩散的表面硬化处理的模具。

本发明的硬质覆膜通过利用PVD法包覆，能以比冷作模具钢、热作模具钢或高速度钢等模具材料的回火温度低的温度进行包覆处理，能够抑制模具的尺寸的变动。另外，能够对硬质覆膜赋予残留压缩应力，也能够改善硬质覆膜的机械特性，因此优选。

A层优选利用PVD法中的覆膜的密合性也优异的电弧离子镀法包覆。在利用电弧离子镀法包覆了A层之后，从炉内取出试样而对A层的表面进行研磨，之后，优选利用溅射法包覆B层。通过利用溅射法包覆B层，能够更平滑地包覆滑动特性优异的类金刚石碳覆膜。在B层的包覆中，优选向石墨靶投入电力而使用烃气和氮气作为反应气体，利用溅射法进行包覆。特别优选的是，使用非平衡磁控溅射法来进行包覆。另外，在B层的包覆中，也可以使用等离子体CVD。通过使用等离子体CVD，生产率更优异，因此优选。

为了设为更平滑的表面状态，也可以对B层的表面进行研磨。

为了对A层的表面进行研磨，优选以下那样的机械研磨。

(1)利用保持有金刚石糊剂等研磨剂的砂布对硬质覆膜的表面进行研磨的方法

(2)使用金刚石粒子和含水的研磨剂并使研磨剂以高速在包覆于模具的覆膜上滑行，利用所产生的摩擦力进行研磨的基于所谓的空气研磨(AEROLAP(注册商标))等的研磨方法

另外，在本发明中，除了上述的研磨方法之外，既可以是，不使用空气而喷射具有弹性和粘合性的研磨剂来进行研磨的由所谓的SMAP(スマップ)(龟井铁工所制的镜面喷丸机)等进行的研磨，也可以是在这些机械研磨后进行3μm以下的金刚石糊剂研磨。利用这些，能够实现更优选的平滑化。

利用这些研磨，将A层的表面粗糙度设为算术平均粗糙度Ra≤0.2μm、最大高度Rz≤2.0μm、偏斜度Rsk＜0。此外，优选的是，使算术平均粗糙度Ra为0.05μm以下，使最大高度Rz为1.00μm以下。

为了提高模具与A层之间的密合性，在模具与A层之间，也可以根据需要包覆金属、碳化物、碳氮化物或与A层的组成不同的氮化物等的硬质覆膜。

另外，为了提高A层与B层之间的密合性，也可以根据需要在包覆B层之前设置与A层的组成不同的另一覆膜。此时，优选的是，在对A层的表面进行了研磨之后，设置金属、碳化物、碳氮化物或与A层的组成不同的氮化物等的硬质覆膜。

为了更加提高密合性，更优选的是，该A层与B层之间的覆膜是含有金属钛的覆膜。

另外，在B层的上层也可以根据需要包覆金属、碳化物、碳氮化物或氮化物等的硬质覆膜。

本发明优选适用于处于模具的作业面相对于被加工材料激烈地滑动的环境的塑性加工用模具。尤其是，优选的是，通过适用于包覆模具，寿命改善的效果较大，其中，该包覆模具适用于被加工材料被加热成400℃以上的温加工、热加工。

进一步，优选适用于对被加工材料进行加热而与冲压成形的同时地进行淬火的热模锻用模具。进一步，优选适用于对镀有铝、锌等的镀覆钢板进行加工的模具。

实施例1

A层的包覆使用了模具在多个靶所包围的中心旋转的构造的电弧离子镀装置。利用粉末冶金法制作构成硬质覆膜的金属或合金成分的金属靶，将该金属靶安装固定到电弧离子镀装置。模具使用热作模具钢SKD61的镜面加工品，在放入电弧离子镀装置之前，充分地进行了脱脂清洗。作为电弧离子镀装置内的初始工序，利用设置到腔室的未图示的加热用加热器将模具加热到450℃附近，保持了50分钟。接着，导入Ar气体，对模具施加-200V～-500V的偏压，进行了20分钟的等离子体清洁处理(Ar离子蚀刻)。

接下来，对模具施加-800V的偏压，使用金属Ti靶而进行了约5分钟的金属离子蚀刻(包括金属离子蚀刻后的冷却时间)。以下，说明各试样的包覆条件的详细情况。

<试样No.1>

在模具的离子蚀刻后，导入氮气体，对模具施加-130V的偏压，在模具温度为450℃、反应气体压力为3.0Pa、电弧电流为100A的条件下，以成为约6μm的膜厚的方式包覆了作为CrN的A层。包覆工序中的模具的转速为3rpm。

之后，为了将CrN的表面研磨得平滑，将模具从腔室取出而使用YamashitaWorks.co.,Ltd.(ヤマシタワークス社)制空气研磨装置(AERO LAPYT-300)来进行了表面研磨。而且，之后，利用1μm的金刚石糊剂进行抛光研磨，进行了研磨，以使算术平均粗糙度Ra成为0.2μm以下、且最大高度Rz成为2.0μm以下、偏斜度Rsk小于0。

B层的包覆使用了溅射装置。在该装置安装固定有金属Ti靶和石墨C靶。在对包覆有A层的模具充分地进行了脱脂清洗之后，设置到溅射装置内。作为溅射装置内的初始工序，利用设置到腔室的加热用加热器将所述模具加热成200℃附近，保持了50分钟。接着，导入Ar气体，对模具施加-200V～-500V的偏压而进行了20分钟的等离子体清洁处理(Ar离子蚀刻)。

接着，对模具施加-50V的偏压，导入Ar气体、烃气、氮气，以溅射电力为0.5kW～10kW的条件对由金属钛和碳构成的(含有碳化钛的)中间层进行包覆，在该中间层上包覆了作为最表层的具有约4μm左右的膜厚的类金刚石碳的B层。包覆工序中的模具的转速为3rpm。

<试样No.2、3>

作为A层，形成了由Al₆₀Cr₃₇Si₃N(at％)和VN的交替层叠构造(以下也记载为AlCrSiN/VN。)构成的覆膜。试样3以A层成为约9μm的膜厚的方式包覆。其他的B层的条件等与试样No.1相同。

<试样No.11>

作为A层，包覆CrN，对于A层表面研磨，实施了仅由Yamashita Works.co.,Ltd.(ヤマシタワークス社)制空气研磨装置(AERO LAPYT-300)进行的研磨。之后的B层的成膜条件等与试样No.1相同。

<试样No.12、13>

对于试样No.12，在A层包覆CrN，对于试样No.13，A层包覆AlCrSiN/VN，均不实施A层的表面研磨，包覆了B层。B层的成膜条件与试样No.1相同。

<试样No.14、15、16>

试样No.14、15、16的A层都包覆CrN，不进行B层的包覆。对于试样No.14的A层的表面研磨，实施了基于空气研磨的研磨和基于1μm的金刚石糊剂的抛光研磨。对于试样No.15的A层的表面研磨，仅进行基于空气研磨的研磨，对于试样No.16，不实施A层的表面研磨。在表1中示出各试样的包覆条件。另外，在图2中示出作为本发明例的试样No.2的覆膜截面的放大照片，在图3中示出作为比较例的试样No.14的覆膜截面的放大照片。

[表1]

对于这些试样，进行了该硬质覆膜的表面粗糙度测定、划刻硬度试验、耐热试验、球-盘试验。以下表示各评价试验方法。

(表面粗糙度测定)

表面粗糙度的测定使用了东京精密(株)制触针式粗糙度计(SURFCOM)。测定条件如下：评价长度为4mm、测定速度为0.3mm/s、截止值为0.8mm、过滤器类别设为高斯式。将测定结果表示在表2中。作为本发明例的试样No.1～3均呈现Ra≤0.2μm、Rz≤2.0μm、Rsk＜0这样的值，可知表面平滑且凸部较少。通过对A层表面仅进行空气研磨来精加工后的比较例的试样No.11和15是Rsk＞0，并不满足作为目标的表面粗糙度。在不实施A层表面的研磨的其他比较例试样中，也成为Rz＞2.0μm、Rsk＞0，不具有作为目标的表面粗糙度。另外，No.14不形成B层，表2所示的表面粗糙度是A层的表面粗糙度，该A层的表面粗糙度成为Ra≤0.2μm、Rz≤2.0μm、Rsk＜0。该No.14进行了与No.1～3相同的A层的研磨。也就是说，可知No.1～3的A层的表面粗糙度也成为Ra≤0.2μm、Rz≤2.0μm、Rsk＜0。

(划刻硬度试验)

接下来，为了对覆膜的密合性进行评价，使用CSM社制划刻硬度试验机(REVETEST)，对覆膜的剥离载荷进行了测定。

测定条件设为：测定载荷：0.9N～120N、载荷速度：99.25N/min、划刻速度：10mm/min、划刻距离：12mm、AE灵敏度：5、压头：洛氏金刚石、顶端半径：200μm、硬件设定：Fn触点0.9N、Fn速度：5N/s、Fn去除速度：10N/s、接近速度：2％/s。覆膜的剥离临界载荷值设为由测定获得的摩擦力变动后的载荷值、或硬质覆膜从模具全部剥离了时的载荷。将测定结果表示在表2和图1中。

根据表2和图1，任一试样均获得了剥离临界载荷值是90N以上的较高的密合性。其原因在于，覆膜非常地厚，达到5μm以上，其中，若A层的膜厚是9μm，比其他试样厚的本发明例的试样No.3在120N的测定载荷下也没有产生剥离。

(耐热试验)

耐热试验为了对覆膜的耐氧化性进行评价，将各试样在恒温控制式的大气炉加热400℃×1h之后，利用覆膜截面观察并根据膜厚的减少、根据有无形成氧化层，对覆膜的耐热性进行了评价。在由例如C(碳)构成的DLC覆膜等情况下，若氧化，则覆膜的C成为CO₂气体，因此，产生膜厚的减少。在氮化物覆膜的情况下，若氧化进行，则氮化物置换成氧化物，其结果，形成低密度的氧化物覆膜。将结果表示在表2和图4。任一试样都在大气炉的加热后，能够确认到：不产生覆膜厚度的减少、氧化层的形成，耐热性没有问题。

[表2]

(球-盘试验)

针对各试样，对对象材料为Zn和Al时的滑动特性进行了评价。试验条件使用了球-盘试验机(CSM Instruments社制Tribometer)。在25℃(常温)下，一边以10N的载荷将成为对象材料的顶端直径为

的Zn销、或

的Al球按压于涂敷覆膜、一边使圆盘状试验片以10cm/秒的速度旋转。试验距离为50m，摩擦系数取全部试验距离的平均值。在表3、图4和图5示出各对象材料的各种覆膜的磨损系数。另外，图6中示出滑动部的外观照片。

在对象材料是Zn和Al的情况下，本发明例的试样No.1～3没有确认到向滑动面的粘附。另外，针对摩擦系数，也针对Zn呈现低达0.15以下的值，针对Al呈现低达0.25以下的值，具有稳定的摩擦特性。相对于此，在对象材料是Zn和Al的情况下，表面粗糙度较粗的比较例的试样No.11～13的粘附变多，摩擦系数也变大。对于没有包覆B层的比较例的试样No.14～16，对象材料与表面粗糙度没有关系地粘附。

[表3]

Claims

1.一种包覆模具，其是在表面具有硬质覆膜的包覆模具，其特征在于，所述硬质覆膜包括：膜厚是5μm以上的由氮化物形成的A层；膜厚是2μm以上且15μm以下的由类金刚石碳覆膜形成的B层，所述B层位于比所述A层靠所述包覆模具的外表面侧的位置，所述B层的表面满足算术平均粗糙度Ra≤0.2μm、最大高度Rz≤2.0μm、偏斜度Rsk＜0，所述B层的氢的含有比率以原子％计为5％以上30％以下，

所述B层的氮的含有比率以原子％计为5％以上20％以下。

2.根据权利要求1所述的包覆模具，其特征在于，

所述A层是含有铬的氮化物和含有钒的氮化物交替地层叠而成的层叠覆膜。

3.根据权利要求2所述的包覆模具，其特征在于，

所述含有铬的氮化物是以金属部分的原子比率计铬为30％以上的氮化物，所述含有钒的氮化物是以金属部分的原子比率计钒为60％以上的氮化物。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的包覆模具，其特征在于，

所述A层的膜厚是8μm～70μm的范围。

5.一种包覆模具的制造方法，其是在表面具有硬质覆膜的包覆模具的制造方法，其特征在于，该包覆模具的制造方法包括如下工序：

包覆膜厚是5μm以上的由氮化物形成的A层的工序；

对所述A层的表面进行研磨、将所述A层的算术平均粗糙度设为Ra≤0.2μm、最大高度Rz≤2.0μm、偏斜度Rsk＜0的表面研磨工序；以及

在所述A层的表面研磨工序后、包覆由类金刚石碳覆膜形成的B层的工序，所述B层的氢的含有比率以原子％计为5％以上30％以下，所述B层的氮的含有比率以原子％计为5％以上20％以下，

所述B层的表面满足算术平均粗糙度Ra≤0.2μm、最大高度Rz≤2.0μm、偏斜度Rsk＜0。

6.根据权利要求5所述的包覆模具的制造方法，其特征在于，

所述A层的膜厚是8μm～70μm的范围。