CN110023052A - 模具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种同时具有良好的耐粘附性与平滑性的模具及其制造方法。一种模具，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的特征在于，在作业面具有包含硬质相的强化层，所述作业面满足算术平均粗糙度Ra≦0.1μm，偏斜度Rsk≦‑0.01。并且，一种模具的制造方法，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的制造方法的特征在于包括：形状加工步骤，对包含所述复合材料的模具的表面进行加工而调整成Ra≦0.1μm；以及表层改质步骤，在所述形状加工步骤之后，对调整成Ra≦0.1μm的所述模具的表面进行蚀刻，去除表面附近的金属相。

Description

模具及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种模具及其制造方法。
背景技术
包括以陶瓷等为代表的硬质相、及以Ni、Co、Fe等为代表的金属相的复合合金由于室温及高温下的耐冲击性优异，所以适用于工装夹具。为了提高使用所述复合合金的工装夹具的机械特性，业界已进行各种探讨。例如在专利文献1中，公开了一种超硬合金，为了提高耐磨损性及硬度，以WC为主成分，所述超硬合金的特征在于，表面层实质上只有WC粒子，或者只有铁族金属以外的成分及WC粒露出，并且表面层的WC粒的平均粒径大于内部的WC粒的平均粒径，和/或表面硬度大于内部的硬度。
并且，在引用文献2中，公开了一种覆盖超硬合金，为了密接性良好地覆盖耐磨损性优异的金刚石膜，在超硬合金的表面嵌入元素周期表IVa族、Va族、VIa族的金属碳化物、碳化硅或氧化铝等的陶瓷粒子之后，实施电解蚀刻处理而形成凹凸，然后在所述凹凸形成后覆盖金刚石膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平07-11375号公报
专利文献2：日本专利特开平08-92741号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在工装夹具、特别是模具中，存在如下的课题：当被加工材料是金属材料时，在模具的作业面与被加工材料的滑动时，会产生因金属彼此的接触而产生的粘附所引起的磨损，从而使模具损伤。因此，在模具中，伴随着进一步精密化要求及在更苛刻的环境下的使用，需要一方面维持模具的作业面的平滑性，以对被加工材料进行攻击而不产生磨损粉末，一方面进一步提高耐粘附性。针对如上所述的要求，所述专利文献1的发明是使超硬合金的表面的硬度增加的优异的发明，但是关于耐粘附性的提高却没有记载，从而留有探讨的余地。此外，专利文献2的发明是在表面形成凹凸以提高金刚石膜的密接性的发明，有可能无法获得特别是精密模具中所需的耐粘附性。本发明的目的在于提供一种同时具有良好的耐粘附性及平滑性的模具及其制造方法。
解决问题的技术手段
本发明是鉴于如上所述的课题而完成的。
即，本发明是一种模具，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的特征在于，
所述模具在作业面具有包含硬质相的强化层，
所述作业面满足算术平均粗糙度Ra≦0.1μm，偏斜度(skewness)Rsk≦-0.01。
优选的是，所述模具的表面是偏斜度Rsk≦-1.0。
优选的是，所述硬质相是WC，所述金属相是Co。
并且，本发明是一种模具，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的特征在于，
所述模具在作业面具有包含硬质相的强化层，
在所述强化层的上表面具有硬质皮膜，
所述硬质皮膜是选自4、5、6族过渡金属、Si、Al的至少一种碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物、以及类金刚石碳(diamond-like carbon)的一种以上，
所述硬质皮膜的表面是算术平均粗糙度Ra≦0.1μm，偏斜度Rsk≦-1.0。
并且，本发明的另一实施方式是一种模具的制造方法，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的制造方法的特征在于包括：
形状加工步骤，将包含所述复合材料的模具的表面设为Ra≦0.1μm；以及
表层改质步骤，在所述形状加工步骤之后，对调整成Ra≦0.1μm的所述模具的表面进行蚀刻，通过蚀刻而去除表面附近的金属相。
优选的是，所述表层改质步骤是使用酸性溶液的湿式蚀刻。
优选的是，在所述表层改质步骤之后，具有覆盖步骤，所述覆盖步骤是将选自4、5、6族过渡金属、Si、Al的至少一种碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物、以及类金刚石碳的一种以上的皮膜覆盖于模具表面。
发明的效果
根据本发明，能够获得同时具有良好的耐粘附性及平滑性的模具。
附图说明
图1是表示本发明例的滑动试验结果的光学显微镜照片。图1(a)是整个滑动部的外观，图1(b)是图1(a)的A部放大照片，图1(c)是～图1(a)的B部放大照片。
图2是表示比较例的滑动试验结果的光学显微镜照片。图2(a)是整个滑动部的外观，图2(b)是图2(a)的A部放大照片，图2(c)是图2(a)的B部放大照片。
图3是进一步放大观察滑动试验后的本发明例的滑动部的照片。图3(a)是图1(b)的放大照片，图3(b)是图1(c)的放大照片。
图4是进一步放大观察滑动试验后的比较例的滑动部的照片。图4(a)是图2(b)的放大照片，图4(b)是图2(c)的放大照片。
图5是实施例中所使用的滑动试验装置的顶视示意图。
图6是实施例中所使用的滑动试验装置的侧视示意图。图6(a)是表示圆形板状部与试样分离时的侧视示意图，图6(b)是表示圆形板状部与试样相接时的侧视示意图。
图7是表示本发明的模具的作业面附近的截面照片。
图8是观察滑动试验后的作为本发明例的覆盖模具的滑动部的放大照片。
图9是观察滑动试验后的作为比较例的覆盖模具的滑动部的放大照片。
图10是表示滑动试验后的作为本发明例的覆盖模具的作业面附近的截面照片。
图11是表示滑动试验后的作为比较例的覆盖模具的作业面附近的截面照片。
图12是表示滑动试验后的作为另一本发明例的覆盖模具的作业面附近的截面照片。
具体实施方式
以下对本发明进行详细说明。但是，本发明并不限定于在这里所列举的实施方式，在不脱离本发明的技术思想的范围内可以进行适当组合或改良。
本发明的模具是包括复合材料的模具，所述复合材料是硬质相与作为粘合剂(binder)(结合相)的金属相这两相混合存在的材料。所述模具具有如下的特征：同时具有硬质相的优点(优异的强度)及金属相的优点(高延展性及韧性)。
本发明的模具所具有的硬质相优选的是选自W(钨)、Cr(铬)、Mo(钼)、V(钒)、Zr(锆)、Al(铝)、Si(硅)、Nb(铌)、Ta(钽)及Ti(钛)之中的至少一种碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物。
并且，本发明的模具所具有的金属相优选的是选自Co(钴)、Ni(镍)、Fe(铁)、W(钨)、Mo(钼)之中的至少一种。
再者，本实施方式的模具只要没有特别记载，就包含WC-Co复合材料，所述WC-Co复合材料是选择碳化钨(WC)作为硬质相，选择Co作为金属相。
本发明的模具的特征在于，在作业面(模具与被加工材料彼此相接的面)具有包含硬质相的强化层。所谓所述包含硬质相的强化层，是指实质上不存在金属相的层。如以下所述的制造方法的实施方式，可以通过从包含硬质相及金属相的模具的表面去除金属相，而制作强化层。在去除所述金属相时，也有可能存在无法完全去除的部分，因此设为实质上不存在金属相。如果与并非强化层的部分，即与包含硬质相及金属相的模具的主要部分(表面以外的部分)相比较，则强化层中的金属相的存在量明显不同，从而容易确定作为实质上不存在金属相的层的强化层。
并且，强化层优选的是包含硬质相及空隙，或者包含硬质相及填埋空隙的金属相以外的材料的层。所述空隙既可以去除金属相而构成，也可以维持着空隙的状态，还可以在所述空隙内填充金属相以外的材料。当然，也可以残留一部分空隙。
并且，当以通过截面观察所得的面积比率计，将相对于硬质相的面积与金属相的面积的合计的硬质相的面积的比率设为硬质相比率时，优选的是，强化层的硬质相比率高于本发明的模具的主要部分的硬质相比率，强化层的硬质相比率为99％以上。以下示出测定所述硬质相比率的方法的一例。首先，在与作业面正交的方向上切断模具，以模具的作业面部分进入视野的方式利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)以规定的倍率(在本实施方式中，一万倍的倍率)拍摄照片。利用直线A将形成作业面的大致平面状的硬质相上表面加以连接，在从模具表面起沿深度方向至少0.2μm的位置，制作使直线A在模具的深度方向上平行移动的直线B。然后，从如下的矩形区域，将硬质相与金属相的面积率设为100％时的硬质相所占的面积率的比例设为硬质相比率，所述矩形区域是由直线A、直线B、照片端部包围。再者，本发明的模具由于构成作业面的硬质相的表面是大致平面，所以能够制作所述直线。在这里，本说明书中的所谓“大致平面”，表示如下的形状：虽然也有在成为作业面的硬质相的上表面存在微小的凹凸，或者包含曲率半径非常大的曲面的情况，但是以能够在硬质相的上表面制作直线的程度，平面形状为主体。再者，当作业面具有曲率时，只要使用与所述曲率相应的曲线即可，在深度方向上，也是只要使用从表面的曲线起在深度方向上至少为0.2μm的间隔的曲线即可。
通过构成所述强化层，可以设为如下的结构，即，在模具的作业面不存在软质且容易粘附于被加工材料的金属相，所以能够格外提高耐粘附性而有望使模具寿命大幅提升。此外，在本发明中，作业面的表面粗糙度的算术平均粗糙度Ra(依据日本工业标准(Japanese Industrial Standards，JIS)-B-0601-2001)为0.1μm以下，并且偏斜度Rsk为-0.01以下也很重要。由此，本发明的模具中，作业面的表面的粗糙度曲线的凸部宽于凹部，能够抑制形成尖锐的凸部，因此能够大幅抑制以作业面的凸部为起点的磨损或咬合的产生，发挥良好的滑动特性。并且，当模具及被加工材料的作业面平滑时，难以使各自的作业面彼此所接触的部位浸渍润滑油，但是在本发明中，通过将Rsk设为-0.01以下，而在模具的作业面形成适度的凹部(以下，也记作空隙)，从而可以提高润滑油的浸渍性，发挥良好的滑动特性。并且，当模具及被加工材料的作业面平滑时，有可能产生真空粘附，但是通过所述凹部，能够防止模具与被加工材料的接触面成为真空状态，能够通过其效果而获得良好的滑动特性。为了更确实地获得所述效果，本发明的Rsk优选的也是-1.0以下。再者，本发明在被加工材料包含金属材料时，特别发挥效果。
本发明的强化层优选的是，至少从作业面的表面起沿深度方向形成至0.2μm的范围为止。由此，能够进一步提高所述耐粘附性。所述强化层更优选的是，至少从作业面的表面起沿深度方向形成至0.5μm的范围为止，进而优选的是形成至1μm的范围为止。在这里，如下所述，当在强化层上形成有硬质皮膜(以下，也简称为皮膜)时，从所述覆盖层与强化层的界面测定强化层。并且，本发明的模具优选的是将硬质相的直径设为1μm以上，以使得形成于强化层的空隙更容易形成。硬质相的直径的上限没有特别限定，但是也可以设为15μm左右，以稳定地确保模具的强度。再者，根据后述本发明的制造方法，通过蚀刻而在整个作业面上大致均匀地形成强化层，所以只要利用扫描线电子显微镜SEM)等测定装置，例如，在作业面的截面上确认面内方向10μm～20μm左右的范围即可。并且，硬质相的直径只要根据所述截面照片，利用切片法(截距法(intercept method)求出等效圆直径即可。
本发明的模具的作业面也可以设为如下的结构：在强化层上覆盖着类金刚石碳膜(以下，也记作数据链路控制(data link control，DLC)皮膜)作为硬质皮膜。由此，使模具的耐磨损性提高，并且DLC皮膜以模仿强化层表面的凹凸的方式在皮膜表面也形成凹凸，因此还能够有望发挥设置所述空隙所带来的优点。所述DLC皮膜为了更高的硬度并且提高与模具的密接性，可以将DLC皮膜的表面的氢原子的含量设为0.5原子％以下，将氮的含量设为2原子％以下。并且，通过将DLC皮膜的与强化层的界面侧的氢含量设为0.7原子％以上且7原子％以下，将氮含量设为大于2原子％且10原子％以下，能够有望进一步提高耐磨损性。
DLC皮膜为了赋予耐磨损性或耐热性等特性，也可以含有金属(包含半金属)元素，只要是以金属的形态、合金的形态或碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、碳硼化物等化合物的形态含有即可。优选的是，DLC皮膜中的金属(包含半金属)元素的含有比率(原子％)为2％以上，进而优选的是，可以设定为5％以上。但是，如果金属(包含半金属)元素的含有比率增大，那么滑动特性就处于下降的倾向。因此，DLC皮膜中的金属(包含半金属)元素的含有比率(原子％)为20％以下，更优选的是，可以设定为10％以下。再者，为了进一步提高耐久性及与模具的密接性，DLC皮膜的厚度可以设定为0.1μm～1.5μm，也可以设定为0.1μm～1.2μm，为了对模具赋予充分的耐磨损性，DLC皮膜的膜厚也可以设定为0.2μm以上。要同时达成平滑的表面粗糙度及优异的耐磨损性，也可以将DLC皮膜的膜厚设定为0.5μm～1.2μm。
为了进一步提高耐磨损性，本发明的模具优选的是在强化层上形成选自4、5、6族过渡金属、Si、Al的至少一种碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物中的一种以上的硬质皮膜。更优选的是应用包含Cr系氮化物、Ti系氮化物或Ti系碳氮化物的皮膜，进而优选的是可以应用TiCN、AlCrN、TiSiN、TiAlN、AlCrSiN、TiAlSiN、TiAlCrSiN的皮膜。最优选的是应用包含AlCrSiN的皮膜。并且，为了稳定地提高耐磨损性，当应用AlCrSiN时，优选的是在AlxCrySiz的组成式中，控制成20＜x＜75，25＜y＜75，0＜z＜10。同样地当应用TiAlSiN时，优选的是在TixAlySiz的组成式中，控制成25＜x＜75，20＜y＜75，0＜z＜10。所述皮膜的优选的膜厚是0.1μm～5.0μm，更优选的膜厚的下限是0.5μm，上限是2.0μm。这是因为如果膜厚过厚，则无法追踪硬质相的凸部，有可能无法发挥所述耐粘附性等有利的效果，如果膜厚过薄，则有可能无法获得耐磨损性提高的效果。在这里当使用AlxCrySizN膜时，也可以具有如下的倾斜组成，即，从基材侧向皮膜表面侧，随着x值增加，y值减少。由此，可以进一步提高与基材的密接强度。再者，硬质相是在皮膜表层上离散地形成，硬质皮膜是以覆盖所述硬质相的方式连续地形成，因此能够通过观察模具的截面，来识别硬质相与硬质皮膜。
在施加有皮膜的本发明的模具中，皮膜表面的表面粗糙度优选的是以算术平均粗糙度Ra计为0.1μm以下，以Rsk计为-1.0以下。更优选的Ra是0.06μm以下。由此，可以不破坏由强化层产生的耐粘附性效果，而抑制皮膜表面上的凹凸成为磨损的起点，从而进一步提高耐磨损性。并且，为了抑制过大的凸部的形成而提高耐磨损性，皮膜表面的最大高度Rz优选的是调整至1.0μm以下。
接着，对本发明的制造方法进行说明。
本发明的制造方法的特征在于包括：形状加工步骤，将模具的表面设为Ra≦0.1μm，所述模具的表面包括包含硬质相及金属相的复合材料；以及表层改质步骤，在所述形状加工步骤之后，对调整成Ra≦0.1μm的模具的表面进行蚀刻，而去除表面附近的金属相。包含所述复合材料的模具能够通过已有的方法而制作，例如，可以通过如下方式获得，即，将硬质粉末与金属粉末的混合粉末加压·成型为规定的形状之后，在真空环境下以1250～1550℃的温度进行烧结。再者，为了进一步提高模具的强度，本发明的制造方法中所使用的混合粉末优选的是，硬质粉末与金属粉末以体积比计，为97：3～70：30。并且，所述硬质粉末优选的是选自W(钨)、Cr(铬)、Mo(钼)、V(钒)、Zr(锆)、Al(铝)、Si(硅)、Nb(铌)、Ta(钽)及Ti(钛)之中的至少一种碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物，所述金属粉末优选的是选自Co(钴)、Ni(镍)、Fe(铁)、W(钨)、Mo(钼)之中的至少一种。
＜形状加工步骤＞
进行如下的形状加工步骤，即，将本发明的制造方法中所准备的模具的表面，通过磨削加工、研磨加工、切削加工及放电加工等，调整成Ra≦0.1μm。通过所述形状加工步骤而使模具的表面，特别是使成为作业面的模具的表面平滑，并经由后面的表层改质步骤，形成平滑且适度的凹部，从而形成具有Ra≦0.1μm，偏斜度Rsk≦-0.01的表面粗糙度的作业面。更优选的Ra的上限是0.05μm，进而优选的Ra的上限是0.02μm。下限没有特别限定，但是考虑到量产性，可以设定为例如0.001μm。在这里，形状加工步骤也可以使多个步骤组合起来，例如也可以在经磨削加工加以粗加工后，通过利用研磨的精加工而调整成Ra≦0.1μm。在这时的研磨中，可以使用已有的磨削方法，但是为了确实地获得所需的表面粗糙度，也可以实施使用金刚石研磨膏(diamond paste)的抛光研磨。
＜表层改质步骤＞
接着，在本发明的制造方法中，在形状加工步骤之后，进行如下的表层改质步骤，即，对调整成Ra≦0.1μm的模具的表面进行蚀刻，去除表面附近的金属相，而获得本发明的模具。由此，可以使模具的作业面，形成包含硬质相的强化层。在本发明中是在所述表层改质步骤中应用蚀刻，在蚀刻中，可以使用利用酸性溶液或碱性溶液进行蚀刻的湿式蚀刻、或使用放电等离子体的干式蚀刻。更优选的是使用湿式蚀刻，其容易形成厚的包含硬质相的强化层，容易将Rsk稳定地调整成负值。
在本实施方式中当在表层改质步骤中应用了湿式蚀刻时，在蚀刻液中可以使用盐酸、硝酸、王水等酸性溶液，但是优选的是使用王水，其金属相的去除能力高，容易形成强化层。在这里，当在湿式蚀刻中使用王水时，为了确实地使Rsk调整成-1.0μm以下的值，蚀刻处理时间优选的是超过30秒。更优选的处理时间是60秒以上，进而优选的处理时间是90秒以上。当在表层改质步骤中应用干式蚀刻时，可以应用已有的方法。在本实施方式中，例如，通过如下方式可以获得具有所需的强化层的模具，即，将产生等离子体的腔室内设为2Pa左右的减压Ar环境，使Ar气体等离子体化，对基材施加-300V的偏压而进行蚀刻。
在本发明的模具的制造方法中，为了进一步提高耐磨损性，优选的是在强化层的正上方覆盖DLC皮膜作为硬质皮膜。在覆盖DLC皮膜时，可以采用溅射法或等离子体化学蒸汽沉积(chemical vapor deposition，CVD)法等已有的成膜法，但是如果使用过滤电弧离子镀(filtered arc ion plating)法，可以有望覆盖微滴(droplet)更少而平滑的DLC皮膜。并且，为了形成高硬度并且与模具的密接性高的DLC皮膜，在本实施方式中，一方面减少导入至炉内的氮气和/或烃等含氢的气体的流量，一方面覆盖DLC皮膜处于优选的倾向。在这里，也可以不导入含氢气体，而是一方面使强化层侧的DLC皮膜表面含氢，一方面为了去除存在于强化层的表面的氧化膜或污物等，而进行使用含氢的混合气体的气体轰击(gasbombard)处理。这时的氢混合气体更优选的是含有氩气、及相对于混合气体总质量为4质量％以上的氢气的混合气体。
在本发明的模具的制造方法中，为了进一步提高耐磨损性，除了所述DLC皮膜以外，还可以在强化层的正上方覆盖硬质皮膜，所述硬质皮膜包含选自4、5、6族过渡金属、Si及Al的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物的一种以上。更优选的是可以应用包含Cr的氮化物、Ti的氮化物或Ti的碳氮化物的皮膜，进而优选的是可以应用TiCN、AlCrN、TiSiN、TiAlN、AlCrSiN、TiAlSiN、TiAlCrSiN的皮膜。最优选的是应用包含AlCrSiN的皮膜。并且，为了提高耐磨损性，当应用AlCrSiN时，优选的是在AlxCrySiz的组成式中，控制成25＜x＜75，20＜y＜75，0.0＜z＜10。同样地当应用TiAlSiN时，优选的是在TixAlySiz的组成式中，控制成25＜x＜75，20＜y＜75，0.0＜z＜10。作为所述皮膜的成膜方法，可以使用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)法，但是优选的是使用溅射法而成膜，所述溅射法能够获得微滴少而更平滑的皮膜表面。当使用溅射法时，为了一方面进一步提高表面平滑度，一方面提高基材与皮膜的密接强度，更优选的是将施加至基材的偏压电压设定为40V～150V。并且，也可以使用CVD法，通过使用CVD法，能够获得更平滑的皮膜。例如当利用热CVD法覆盖TiCN时，优选的是将膜厚设定为0.5μm～2.0μm，将成膜温度设定为700℃～900℃。
实施例
(实施例1)
准备包含复合材料的模具(超硬合金制)，所述复合材料是选择WC作为硬质相，选择Co作为金属相。所述复合材料的硬质粉末与金属粉末的体积比为82：18。利用磨削工具将所述模具磨削至Ra＝1.5μm为止之后，通过利用金刚石研磨膏的抛光研磨，将模具的表面研磨成Ra＝0.005μm为止。试样编号(number，No.)1是如下本发明例，即，使研磨后的模具表面浸渍于王水中60秒而去除Co(金属相)而形成有强化层。试样No.2是如下本发明例，即，对研磨后的模具表面在偏压电压-300V，环境压力2Pa的Ar环境下实施等离子体蚀刻而去除Co(金属相)，形成有强化层。在作为比较例的试样No.11中，在研磨后未进行任何处理。图7表示经制作的试样No.1的垂直截面的表层附近的照片。图7中，符号20是硬质相，符号21是金属相，符号22是空隙，符号23是保护层的Ni镀敷层。由图7可以确认，试样No.1的表层(作业面25侧)经去除金属相21而成为空隙22，形成了包含硬质相20的强化层。所述强化层是实质上不存在金属相的层，将从表面起至少1μm的厚度形成为强化层。并且，在所述1μm的范围内，强化层的硬质相比率为大致100％。再者，层23是在拍摄图7的截面观察照片时用于保护模具表面的Ni镀敷层。如果预先形成所述Ni镀敷层，例如，可以在切断模具时等使其保持形状。
(测定表面粗糙度)
针对试样No.1、试样No.2、试样No.11测定表面粗糙度。在测定表面粗糙度时，是使用东京精密股份有限公司制造的触针式粗糙度仪(Surfcom)。测定条件是评估长度4mm，测定速度0.3mm/s，截止值(cutoff value)0.8mm，将过滤器类别设为高斯(Gaussian)。将测定结果示于表1。测定的结果还可以确认，作为本发明例的No.1与No.2的试样与只对表面进行研摩而精加工成平滑的No.11相比较，Ra的差也小，绝对值也为0.1μm以下，从而具有充分的平滑性。并且，可以确认，No.1、No.2的试样的Rsk是-0.01以下，与No.11的试样相比尖锐的凸部少。特别是通过利用王水的湿式蚀刻而进行了处理的No.1的试样中，Rsk显示高达-1.6的负值。这表示作业面的粗糙度曲线中的尖锐的凸部得到进一步抑制，由此可以推断，本发明的强化层形成至深处。未进行表层改质处理的比较例即试样No.11是Rsk＞0，不具有作为目标的表面粗糙度。
[表1]
(滑动试验)
接着，进行试验，对在No.1的条件下制作的本发明例的试样、与未实施本发明的处理的比较例的试样的滑动特性进行比较。在图5、图6(a)及(b)中表示所述滑动试验中所使用的装置的示意图。图5是试验装置的顶视图，图6(a)及(b)是图5的侧视图。如所述图所示，本实施方式中所使用的试验装置包括：保持机构11，包含将试样安装并保持于试样设置部14的臂部15；接触夹具10，一边旋转，一边对所述试样反复进行接触及非接触；以及旋转机构(图略)，旋转自如地保持接触夹具10。接触夹具10包括具有旋转轴Ax1的轴部12、以及具有从旋转轴Ax1偏心的中心轴Ax2的圆形板状部13。再者，虽然从图5、图6无法确认，但是在设置有臂部的保持机构的本体部，形成有进退自如地收纳保持所述臂部15的收纳孔，在收纳孔中设置有弹性部(例如：弹簧)，并构成为当试样受到垂直抵抗力时推回所述试样。通过所述结构，本实施方式中所使用的试验装置中，即使不准备模拟实际的加工状态的模具，也可以进行接近于实际的使用环境的模具材料的磨损评估。
在所述臂部15的前端安装本发明例及比较例的试样，使SCM420制的圆形板状部(相当于被加工材料)以旋转速度30m/min旋转，将赋予至试样的垂直抵抗力设定为120N，使本发明例及比较例的试样滑动1000次。将试验后的本发明例的试样的滑动部外观示于图1，将比较例的试样的滑动部外观示于图2。由图1(a)及图2(a)可以确认，本发明例的试样与比较例的试样相比，被加工材料的粘附部减少。接着，将容易产生被加工材料的粘附的圆形板状部的入口部即图1(b)及图2(b)的扫描电子显微镜(SEM)所拍摄的放大照片示于图3(a)及图4(a)，将作为出口部的图1(c)及图2(c)的扫描电子显微镜(SEM)所拍摄的放大照片示于图3(b)及图4(b)。从比较例即图4(a)及(b)可确认来自被加工材料的粘附物，而从本发明例即图3(a)及(b)则可确认，被加工材料的粘附物得到大幅抑制，本发明例的试样的滑动性得到大幅提高。并且，为了对本发明例与比较例中的粘附量进行评估，利用电子束微量分析仪(电子探针X射线微量分析仪(Electron Probe X-ray Microanalysis，EPMA)，日本电子制JXA-8500F)进行面分析，测定映射结果的130μm×280μm的测定区域内的Fe的平均计数数值。其结果为，相对于比较例的平均计数数值为38.17，本发明例的平均计数数值为12.84，从而可认为，本发明例的试样与比较例的试样相比能够大幅抑制Fe的粘附量。
(实施例2)
其次，确认覆盖模具中的本发明的效果。首先，作为本发明例，准备试样No.3，即，在与实施例1的试样No.1相同的条件下制作的试样上，覆盖着类金刚石碳(DLC)膜作为硬质皮膜。在成膜装置中，使用过滤电弧离子镀装置，将施加至基材的负压的偏压电压设为-2000V，实施利用混合气体的气体轰击处理90分钟，所述混合气体是在氩气中含有5质量％的氢气的气体。混合气体的流量设为50sccm～100sccm。气体轰击处理后，向成膜腔室导入10sccm的氮气，对基材施加-150V的偏压电压，而将基材温度设为100℃以下。然后，对石墨靶材(graphite target)接通50A的电流，覆盖DLC皮膜约10分钟。接着，将氮气设为5sccm，覆盖DLC皮膜约10分钟。接着，停止氮气的导入，覆盖DLC皮膜30分钟，制成试样No.3。再者，作为比较例，制作在实施例1的比较例11上覆盖着DLC皮膜的试样，作为试样No.12。再者，No.3、No.12的皮膜厚度为0.5μm。
接着，对所制作的本发明例及比较例的试样，利用与实施例1同样的磨损试验装置，在与实施例1同样的试验条件下进行滑动试验。滑动试验后的试样是使用与实施例1同样的EPMA装置及方法，评估粘附量(Fe的平均计数数值)。将Ra、Rsk及粘附量的评估结果示于表2。
[表2]
将试验后的试样No.3的由SEM拍摄的滑动部放大照片示于图8，将试样No.12的由SEM拍摄的滑动部放大照片示于图9。从作为比较例的图9可确认来自被加工材料的粘附物，而从作为本发明例的图8则可确认，被加工材料的粘附物减少，即使实施覆盖也发挥出本发明例的粘附物抑制效果。根据表2，比较例的试样在Ra、Rsk方面，分别是Ra≦0.1μm，偏斜度Rsk≦-0.01，无法去除基材表面的结合层，因此无法获得本发明的粘附抑制效果，从而结果逊于本发明例。将用于观察作为本发明例的试样No.3的作业面附近的表面及截面的斜视照片示于图10，将作为比较例的试样No.12的斜视照片示于图11。根据图10，作为本发明例的试样No.3即使覆盖DLC皮膜，也能够确认已转印有基材表面的凹凸形状的情形。
(实施例3)
接着，将与实施例2不同的材质的皮膜覆盖于模具。作为本发明例，准备试样No.4，即在与实施例的No.1相同的条件下所制作的试样上，覆盖着AlCrSiN膜。在成膜装置中使用溅射装置，对基材实施-200V的直流偏压电压，而利用Ar离子实施清洗(cleaning)。然后，在容器内导入N2气体，将偏压电压设定为-100V而对Ti靶材供给2kW的溅射电力，保持10分钟，而覆盖TiN最下层。接着，将偏压电压设定为-140V而对Al65Cr35靶材(数值为原子比)供给4kW的溅射电力，并保持15分钟，而覆盖AlCrN层。接着，在对Al65Cr35靶材供给电力的状态下，对Al55Cr43Si2靶材供给4kW的溅射电力，保持65分钟，而覆盖AlCrSiN层。所述皮膜的总厚为约2.7μm。将结果示于表3。
[表3]
将试样No.4的由SEM拍摄的滑动部放大照片示于图12。由表3确认到，试样No.4是Ra≦0.1μm，偏斜度Rsk≦-0.01。并且，可确认到，Fe的平均计数数值也低于实施例1的试样No.11，No.4的试样能够一方面充分发挥粘附抑制效果，一方面发挥高耐磨损性。
符号的说明
10：接触夹具
11：工件保持机构
12：轴部
13：板状部
14：试样设置部
15：臂部
20：硬质相
21：金属相
22：空隙
23：树脂
25：作业面
26：硬质皮膜
Ax1：旋转轴
Ax2：板状部的中心轴

Claims (7)

1.一种模具，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的特征在于，
所述模具在作业面具有包含硬质相的强化层，
所述作业面满足算术平均粗糙度Ra≦0.1μm，偏斜度Rsk≦-0.01。
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述模具的作业面是偏斜度Rsk≦-1.0。
3.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，所述硬质相是WC，所述金属相是Co。
4.一种模具，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的特征在于，
所述模具在作业面具有包含硬质相的强化层，
在所述强化层的上表面具有硬质皮膜，
所述硬质皮膜是选自4、5、6族过渡金属、Si、Al的至少一种碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物、以及类金刚石碳中的一种以上，
所述硬质皮膜的表面是算术平均粗糙度Ra≦0.1μm，偏斜度Rsk≦-1.0。
5.一种模具的制造方法，包括包含硬质相及金属相的复合材料，所述模具的制造方法的特征在于包括：
形状加工步骤，对包含所述复合材料的模具的表面进行加工而调整成Ra≦0.1μm；以及
表层改质步骤，在所述形状加工步骤之后，对调整成Ra≦0.1μm的所述模具的表面进行蚀刻，去除表面附近的金属相。
6.根据权利要求5所述的模具的制造方法，其特征在于，所述表层改质步骤是使用酸性溶液的湿式蚀刻。
7.根据权利要求5或6所述的模具的制造方法，其特征在于，在所述表层改质步骤之后，具有覆盖步骤，所述覆盖步骤是将选自4、5、6族过渡金属、Si、Al的至少一种碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及硼化物、以及类金刚石碳的一种以上的硬质皮膜形成于模具表面。
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