DE112008001882B4 - Kaltumformwerkzeug sowie Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms - Google Patents

Kaltumformwerkzeug sowie Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms Download PDF

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Abstract

Kaltumformwerkzeug, bei dem ein Material verwendet wird, bei dem ein Hartbeschichtungsfilm auf der Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist, wobei der Hartbeschichtungsfilm (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y umfasst, worin 0,2 ≤ x ≤ 1,0(1) 0 ≤ a ≤ 0,3(2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5(3) 0,5 ≤ b ≤ 1(4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9(5)sind, wobei M nur Ti oder nur V, oder V und mindestens eine von V verschiedene Spezies von Elementen bezeichnet, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, x, 1 – x, a, b und 1 – a – b das Atomverhältnis von Nb, M, B, C und N darstellen, y und 1 – y das Verhältnis von (NbxM1-x) und (BaCbN1-a-b) darstellen, wenn x = 1 und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,7, und wenn M = Ti und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,6.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung gehört zu dem technischen Gebiet, das ein Kaltumformwerkzeug, bei dem ein Material verwendet wird, das mit einem Hartbeschichtungsfilm beschichtet ist, sowie ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms betrifft. Dieser Hartbeschichtungsfilm ist durch eine hervorragende Verschleißfestigkeit, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und ein hohes Gleitvermögen gekennzeichnet.
  • Stand der Technik
  • Das Nitrieren ist ein herkömmlicher Weg zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Fressbeständigkeit von Vorrichtungen und Werkzeugen (wie z. B. Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen) zur Metallbearbeitung. In letzter Zeit wurden Versuche unternommen, das Nitrieren durch ein Dampfphasenbeschichten, wie z. B. PVD, als Maßnahme zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Fressbeständigkeit zu ersetzen. Beispielsweise beschreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2000-144376 A eine Verbesserung des Gleitvermögens durch die Bildung eines komplexen Nitrids, das mindestens zwei Spezies von Cr, Al, Ti und V enthält. Die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. JP 2002-307128 A und JP 2002-307129 A beschreiben ein oberflächenbeschichtetes Werkzeug mit hervorragender Verschleißfestigkeit und Fressbeständigkeit, das einen Beschichtungsfilm aus einem Nitrid, Carbid oder Carbonitrid von mindestens einer Spezies von Ti, V, Al, Cr und Si und gegebenenfalls einen zweiten Beschichtungsfilm eines Sulfids von Ti, Cr und Mo (als Rest) aufweist. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2000-1768 A beschreibt ein oberflächenbehandeltes Material mit hervorragender Verschleißfestigkeit und Fressbeständigkeit, das aus einem harten Nitrid und darauf ausgebildetem MoS2 zusammengesetzt ist. DE 102 42 421 A1 offenbart eine Beschichtung eines Substrats bestehend aus Niobnitrid oder Niobmetallnitrid, wobei zwischen dem Substrat und der Beschichtung aus Niobnitrid oder Niobmetallnitrid eine oder mehrere Zwischenschichten aufgebracht werden. DE 10 2005 056 262 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung, bei dem eine im Wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende Kohlenstoffschicht gebildet wird, auf dieser eine Schutzschicht gebildet wird und auf dieser eine elektrisch isolierende Schicht gebildet wird, wobei die Schutzschicht die Kohlenstoffschicht während des Bildens der elektrisch isolierenden Schicht vor einer Schädigung schützt. EP 2 070 695 A1 , welche in Bezug auf die vorliegende Anmeldung nachveröffentlicht wurde, offenbart Hartbeschichtungen für dekorative Teile. US 4,202,705 A offenbart Mischcarbidschichten aus Vanadium und Niob zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit eines Gegenstands aus einer Eisenlegierung. GB 2 343 496 A offenbart Diamant-artige Kohlenstoffschichten, welche Silizium, Titan, Wolfram, Chrom, Molybdän, Niob oder Vanadium enthalten können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
  • Das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2000-144376 A beschriebene komplexe Nitrid, das mindestens zwei Spezies von Cr, Al, Ti und V enthält, weist eine große Härte und eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf, jedoch keine hohe Fressbeständigkeit und Standzeit bei der Verwendung unter stark belastenden Bedingungen, wie z. B. bei der Metallumformung bei hohem spezifischem Druck. Entsprechend weist das Nitrid, Carbid oder Carbonitrid, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2002-307128 A beschrieben ist, das mindestens eine Spezies von Ti, V, Al, Cr und Si enthält, eine große Härte auf, jedoch eine mangelnde Fressbeständigkeit. Die in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. JP 2002-307129 A und JP 2000-1768 A beschriebene Sulfidbildung, die zur Verbesserung der Fressbeständigkeit entwickelt worden ist, weist eine schlechte Langzeitbeständigkeit auf, da ein Sulfid weich ist (und folglich zunächst ein gutes Gleitvermögen aufweist) und im Zeitverlauf einem Verschleiß unterliegt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Erläuterungen gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hartbeschichtungsfilm, ein mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtetes Material, ein Kaltumformwerkzeug sowie ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms bereitzustellen, wobei der Beschichtungsfilm im Vergleich zu der vorstehend genannten herkömmlichen Oberflächenbeschichtungsschicht eine bessere Verschleißfestigkeit sowie ein besseres Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe haben die vorliegenden Erfinder eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben. Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung, die zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe gemacht wurde, betrifft ein Kaltumformwerkzeug und ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms. Diese Erfindungen weisen den folgenden Aufbau auf: Das erfindungsgemäße Kaltumformwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Material verwendet wird, bei dem ein Hartbeschichtungsfilm auf der Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist.
  • Dieser Hartbeschichtungsfilm weist die Zusammensetzung (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y auf, wobei 0,2 ≤ x ≤ 1,0 (1) 0 ≤ a ≤ 0,3 (2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5 (3) 0,5 ≤ b ≤ 1 (4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9 (5)
  • M bezeichnet nur Ti oder nur V, oder V und mindestens eine von V verschiedene Spezies von Elementen, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, x, 1 – x, a, b und 1 – a – b stellen das Atomverhältnis von Nb, M, B, C und N dar und y und 1 – y stellen das Verhältnis von (NbxM1-x) und (BaCbN1-a-b) dar, wenn x = 1 und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,7, und wenn M = Ti und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,6.
  • Bei dem Hartbeschichtungsfilm ist es bevorzugt, dass x 1 ist.
  • Bei dem Hartbeschichtungsfilm ist es bevorzugt, dass y in der Dickenrichtung des Films variiert. Alternativ ist es bei einem Hartbeschichtungsfilm mit einer Mehrschichtstruktur, bei der zwei oder mehr Schichten der Hartbeschichtungsfilme laminiert sind, bevorzugt, dass sich die y-Werte der benachbarten Hartbeschichtungsfilme voneinander unterscheiden.
  • Alternativ ist das erfindungsgemäß verwendete, mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material durch eine Beschichtungsfilmschicht, die ein Nitrid von mindestens einer Spezies von Elementen, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, umfasst, die auf der Oberfläche eines Substrats, das aus einer Eisen-enthaltenden Legierung besteht, ausgebildet ist, und wobei der Hartbeschichtungsfilm darauf ausgebildet ist, gekennzeichnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms ist ein Verfahren zum Bilden des vorstehenden Hartbeschichtungsfilms unter Verwendung eines Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems in einer Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre auf höher als 0,8 Pa, jedoch auf nicht höher als 4 Pa eingestellt. Es ist bevorzugt, dass das Kohlenwasserstoffgas mindestens eines von Methangas, Acetylengas und Toluolgas ist.
  • Effekt der Erfindung
  • Der Hartbeschichtungsfilm weist bezogen auf herkömmliche Oberflächenbeschichtungsschichten eine bessere Verschleißfestigkeit und ein besseres Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Daher wird er in geeigneter Weise als Hartbeschichtungsfilm auf Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen und Werkzeuge angewandt, um deren Standzeit zu verbessern. Das mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material weist eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf und es ist zur Verwendung als Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen und Werkzeuge mit verbesserter Standzeit geeignet. Das erfindungsgemäße Kaltumformwerkzeug weist eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf und es zeigt eine gute Standzeit. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms kann der Hartbeschichtungsfilm mit einer glatten Oberfläche gebildet werden.
  • Beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung
  • Die vorliegenden Erfinder haben eine Reihe von Untersuchungen zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe durchgeführt, die zu der Erkenntnis führten, dass ein Beschichtungsfilm, der eine Verbindung auf Nb-Carbidbasis umfasst, die im Wesentlichen aus Nb als Metallelement und im Wesentlichen aus C als Nichtmetallelement besteht, eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist und sehr gute Gleiteigenschaften bei einem hohen spezifischen Druck aufweist.
  • Da NbC eine sehr große Härte aufweist und zum Aufrechterhalten der Verschleißfestigkeit erforderlich ist, ist das Verhältnis (Atomverhältnis x) von Nb der Metallelemente (Nb, M) im Wesentlichen 0,2 oder höher, vorzugsweise 0,5 oder höher und mehr bevorzugt 0,8 oder höher. Bezüglich der von Nb verschiedenen Metallelemente (M), kann mindestens eine Spezies von Elementen, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, zugesetzt werden, solange die Verschleißfestigkeit nicht verschlechtert wird. Da die Nb(CN)-Verbindungen keine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweisen (obere Grenztemperatur bei der Anwendung: etwa 500°C), können diesen Verbindungen Elemente wie Ti, Al, Cr und Si in einem Verhältnis von 0,8 oder weniger zugesetzt werden, um die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen zu verbessern. Darüber hinaus ist es zur Verbesserung der Gleiteigenschaften bei niedrigen Temperaturen effektiv, ein Element zuzusetzen, das ein Oxid mit einem niedrigen Schmelzpunkt bildet, wie z. B. V.
  • Bezüglich der Nichtmetallelemente (B, C, N) basiert die Verbindung, die den vorstehend genannten Beschichtungsfilm bildet, auf Carbiden, die grundsätzlich Gleiteigenschaften aufweisen. Daher beträgt das Verhältnis von C (Atomverhältnis b) im Wesentlichen 0,5 oder mehr, vorzugsweise 0,7 oder mehr und mehr bevorzugt 0,8 oder mehr. BN-Verbindungen, die ein hervorragendes Gleitvermögen bei einer hohen Temperatur aufweisen, und Verbindungen von Metallelementen und Stickstoff können in dem Beschichtungsfilm durch Zusetzen von B und N gebildet werden, jedoch vermindert das Zusetzen solcher Elemente in einer übermäßigen Menge die Härte des Beschichtungsfilms. Daher beträgt das Verhältnis von B (Atomverhältnis a) im Wesentlichen 0,3 oder weniger und vorzugsweise 0,1 oder weniger, und das Verhältnis von N (Atomverhältnis: 1 – a – b) beträgt im Wesentlichen 0,5 oder weniger, vorzugsweise 0,3 oder weniger und mehr bevorzugt 0,2 oder weniger.
  • Das Verhältnis der Nichtmetallelemente (B, C, N) zu den Metallelementen [Nb, M (nur Ti oder nur V, oder V und mindestens eine von V verschiedene Spezies, die aus den Elementen, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, ausgewählt ist)] beträgt im Wesentlichen 1:1, was nahe an der stöchiometrischen Zusammensetzung liegt. In dem Fall eines Carbids wurde jedoch gefunden, dass hervorragende Gleiteigenschaften auftraten, wenn das Verhältnis der Nichtmetallelemente (1 – y) in dem Bereich von 0,4 bis 0,9 (d. h. 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9) liegt. Es wurde auch gefunden, dass dann, wenn das Verhältnis der Nichtmetallelemente (1 – y) höher als 0,5 ist, der Reibungskoeffizient beim Gleiten vermindert werden kann. Der detaillierte Mechanismus ist nicht genau bekannt, jedoch wird angenommen, dass dann, wenn das Verhältnis der Nichtmetallelemente höher als 0,5 ist, der Anteil der Nichtmetallelemente über 0,5 durch C gebildet wird, das keine Bindung mit Metallelementen eingeht, und dieser Anteil von C das Schmiervermögen erhöht. Um den Reibungskoeffizienten beim Gleiten weiter zu vermindern, ist demgemäß das Verhältnis der Nichtmetallelemente (1 – y) vorzugsweise höher als 0,5, mehr bevorzugt 0,7 oder höher und noch mehr bevorzugt 0,8 oder höher. Da ein Beschichtungsfilm mit einer C-Komponente, die keine Bindung mit Metallen eingeht, keine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, muss die C-Komponente jedoch abhängig von der Betriebstemperatur eingestellt werden. Verbindungen, bei denen das Verhältnis der Nichtmetallelemente höher als 0,5 ist, wie z. B. die vorstehend beschriebenen Verbindungen, können mit einem Filmbildungsverfahren gebildet werden, das die Ionisierung von Kohlenwasserstoffgas fördert. Ein solches Filmbildungsverfahren ist ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms mit dem Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren in einer später beschriebenen Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas enthält.
  • Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis solcher Erkenntnisse gemacht. Der so gefundene Hartbeschichtungsfilm ist ein Hartbeschichtungsfilm, der (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y umfasst, wobei die nachstehend gezeigten Gleichungen (1) bis (5) erfüllt sind. Der Hartbeschichtungsfilm weist eine bessere Verschleißfestigkeit und ein besseres Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf als herkömmliche Oberflächenbeschichtungsschichten. Daher wird er zweckmäßig als Hartbeschichtungsfilm auf Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen und Werkzeuge angewandt, um deren Standzeit zu verbessern. Da der Hartbeschichtungsfilm darüber hinaus hervorragende Gleiteigenschaften bei einem hohen spezifischen Druck aufweist, kann er in geeigneter Weise als Hartbeschichtungsfilm von Kaltumformwerkzeugen eingesetzt werden, um deren Standzeit zu verbessern. 0,2 ≤ x ≤ 1,0 (1) 0 ≤ a ≤ 0,3 (2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5 (3) 0,5 ≤ b ≤ 1 (4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9 (5)
  • In dem vorstehend gezeigten (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y ist M nur Ti oder nur V, oder V und mindestens eine von V verschiedene Spezies von Elementen, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören. In den vorstehenden Gleichungen (1) bis (5) stellen x, 1 – x, a, b und 1 – a – b das Atomverhältnis von Nb, M, B, C und N dar und y und 1 – y stellen das Verhältnis von (NbxM1-x) und (BaCbN1-a-b) dar.
  • Wenn das Verhältnis von 1 – y (das Verhältnis von (BaCbN1-a-b), d. h. das Verhältnis von Nichtmetallelementen) höher als 0,5 ist, wird der Reibungskoeffizient beim Gleiten vermindert, jedoch wird auch die Hochtemperaturstabilität vermindert. Demgemäß beträgt 1 – y in dem Fall einer hohen Temperaturvorzugsweise etwa 0,5 (0,4 bis 0,5), während 1 – y vorzugsweise hoher als 0,5 ist, wenn die Verwendung bei einer relativ niedrigen Temperatur erfolgt. Der Wert von 1 – y kann auf diese Weise abhängig von der Anwendung ausgewählt werden. Ein Beschichtungsfilm, bei dem 1 – y höher als 0,5 ist, kann z. B. mit dem folgenden Verfahren gebildet werden: Ein solcher Beschichtungsfilm kann mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle gebildet werden, die mit einem Magnetfeldanwendungsmechanismus ausgestattet ist, in dem die magnetische Feldstärke auf der Oberfläche eines Targets 100 Gauss oder höher ist und die Richtung der magnetischen Kraftlinien etwa senkrecht zur Oberfläche eines Targets ist, wobei der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases 1,33 Pa oder höher ist.
  • Wenn bei dem Hartbeschichtungsfilm x 1 ist, d. h., wenn von den Metallelementen nur Nb vorliegt, kann ein Beschichtungsfilm erhalten werden, der bei niedriger Temperatur (ungefähre Angabe der Betriebstemperatur: 300°C oder weniger) ganz hervorragende Gleiteigenschaften aufweist.
  • Der Hartbeschichtungsfilm kann eine Struktur aufweisen, bei der y in der Dickenrichtung des Films variiert. Beispielsweise kann der Hartbeschichtungsfilm eine Struktur aufweisen, bei der y von der Substratseite zur Seite der Filmoberfläche abnimmt (d. h. 1 – y zunimmt). In diesem Fall nehmen von der Substratseite zur Seite der Filmoberfläche die Metallkomponenten nach und nach ab und die Nichtmetallkomponenten (insbesondere C) nach und nach zu, wodurch eine bezüglich der Verschleißfestigkeit und des Gleitvermögens mehr bevorzugte Struktur erhalten werden kann.
  • Eine Mehrschichtstruktur kann durch Laminieren von zwei oder mehr Schichten der Hartbeschichtungsfilme, so dass sich die y-Werte der benachbarten Hartbeschichtungsfilme voneinander unterscheiden, bereitgestellt werden. Beispielsweise ist die folgende Struktur möglich: Der Hartbeschichtungsfilm, bei dem y auf der Substratseite höher ist (1 – y niedriger ist), wird gebildet, wohingegen der Hartbeschichtungsfilm, bei dem y auf der Seite der Filmoberfläche niedriger ist (1 – y höher ist), gebildet wird. In diesem Fall nimmt die Menge der Metallkomponenten stufenweise ab, und die Menge der Nichtmetallkomponenten (insbesondere C) nimmt von der Substratseite zur Seite der Filmoberfläche zu, wodurch eine bezüglich der Verschleißfestigkeit und des Gleitvermögens mehr bevorzugte Struktur erhalten werden kann.
  • Eines der mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichteten Materialien ist ein mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtetes Material, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hartbeschichtungsfilm auf der Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist. Dieses mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material weist eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Daher ist es zur Verwendung als Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen und Werkzeuge geeignet, um deren Standzeit zu verbessern. Da es hervorragende Gleiteigenschaften bei einem hohen spezifischen Druck aufweist, kann es darüber hinaus in geeigneter Weise als Hartbeschichtungsfilm von Kaltumformwerkzeugen verwendet werden, um deren Standzeit zu verbessern.
  • Eines der mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichteten Materialien ist ein mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtetes Material, das durch eine Beschichtungsfilmschicht, die ein Nitrid von mindestens einer Spezies von Elementen, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, umfasst, die auf der Oberfläche eines Substrats, das aus einer Eisen-enthaltenden Legierung besteht, ausgebildet ist, und den Hartbeschichtungsfilm, der darauf ausgebildet ist, gekennzeichnet ist. Dieses mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material weist eine Beschichtungsfilmschicht (nachstehend auch als Basisfilm bezeichnet) auf, die zwischen der Eisen-enthaltenden Legierung und dem Hartbeschichtungsfilm ausgebildet ist und die Haftung des Hartbeschichtungsfilms verbessert, und stellt eine bessere Haftung und Standzeit bereit. Obwohl dieser Basisfilm einen haftungsverbessernden Effekt auf den Hartbeschichtungsfilm ausübt, sind diejenigen Basisfilme, die CrN und TiAlN umfassen, zur Verbesserung der Haftung besonders effektiv und es ist daher bevorzugt, solche Filme zu verwenden. Zur Verbesserung der Haftung beträgt die Dicke des Basisfilms im Wesentlichen 0,1 μm oder mehr und vorzugsweise 1 μm oder mehr, jedoch vorzugsweise höchstens 10 μm, da die Bildung in einer Dicke von mehr als 10 μm nur eine geringe Effektivität bei der Haftungsverbesserung hat.
  • Das erfindungsgemäße Kaltumformwerkzeug ist ein Kaltumformwerkzeug, bei dem das mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße Kaltumformwerkzeug weist eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten sowie hervorragende Gleiteigenschaften bei einem hohen spezifischen Druck auf, was zu einer hohen Standzeit führt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms ist ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms, durch den der Hartbeschichtungsfilm unter Verwendung eines Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems in einer Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas enthält, gebildet wird, und es ist dadurch gekennzeichnet, dass der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre auf höher als 0,8 Pa, jedoch nicht höher als 4 Pa eingestellt wird. Gemäß diesem Verfahren kann der Hartbeschichtungsfilm so gebildet werden, dass dessen Oberfläche glatt ist.
  • D. h., durch Bilden von Filmen unter Verwendung des vorstehend genannten Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems (d. h. durch Bilden von Filmen durch das Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren) können Filme mit einer hohen Geschwindigkeit unter Nutzung einer Schmelzverdampfung mittels Lichtbogenentladung selbst mit einem Metall mit hohem Schmelzpunkt wie z. B. Nb gebildet werden. Durch die Bildung von Filmen in einer Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas, wie z. B. Methangas, enthält, wird das Kohlenwasserstoffgas ionisiert und Beschichtungsfilme, die ein Carbid enthalten, können gebildet werden. Dabei kann durch Einstellen dieser Gasatmosphäre (Senken der Stickstoffmenge oder Einstellen von dessen Menge auf Null) und Einstellen der Verdampfungsquelle (Verhindern, dass B in der Verdampfungsquelle enthalten ist) der Hartbeschichtungsfilm gebildet werden. Wenn dabei der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre höher als 0,8 Pa ist, kann der Hartbeschichtungsfilm gebildet werden. Wenn der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre 4 Pa oder niedriger ist, wird ein Film mit einer glatten Oberfläche gebildet. Daher kann der Hartbeschichtungsfilm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms mit einer hohen Geschwindigkeit gebildet werden, wobei dessen Oberfläche glatt ist. Von den Hartbeschichtungsfilmen weist der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms gebildete Hartbeschichtungsfilm einen besonders niedrigen Reibungskoeffizienten und ein hervorragendes Gleitvermögen auf.
  • Wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, kann der Film bei der Bildung des Hartbeschichtungsfilms mit dem Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren in der Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas enthält, unter Verwendung des Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems gebildet werden (Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases: höher als 0,8 Pa, jedoch nicht höher als 4 Pa).
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, kann der Hartbeschichtungsfilm gebildet werden, wenn der der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre höher als 0,8 Pa ist. Dieser Hartbeschichtungsfilm weist eine große Härte, eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Wenn im Gegensatz dazu der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre 0,8 Pa oder niedriger ist, wird das Atomverhältnis b von C in dem gebildeten Beschichtungsfilm vermindert. Demgemäß wird die Härte vermindert und folglich die Verschleißfestigkeit vermindert, während der Reibungskoeffizient erhöht und folglich das Gleitvermögen vermindert wird. Wenn der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre nicht höher als 0,8 Pa ist, kann ein Hartbeschichtungsfilm mit einer großen Harte, einer hervorragenden Verschleißfestigkeit, einem niedrigen Reibungskoeffizienten und einem hervorragenden Gleitvermögen nicht gebildet werden. Diesbezüglich ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre höher als 0,8 Pa. Im Hinblick auf die Bildung eines Hartbeschichtungsfilms mit einer noch höheren Verschleißfestigkeit, einem noch niedrigeren Reibungskoeffizienten und einem noch höheren Gleitvermögen ist der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre vorzugsweise 1 Pa oder höher und mehr bevorzugt 2 Pa oder höher. Wenn der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre erhöht wird, wird jedoch eine große Menge an Partikeln von dem geschmolzenen Target, die für das Lichtbogenionenplattieren charakteristisch sind und als Makropartikel bezeichnet werden, in dem Film erzeugt, was zu einer verminderten Glätte der Oberfläche führt. Wenn der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases höher als 4 Pa ist, macht sich eine solche Tendenz bemerkbar, was zu einer verminderten Verschleißfestigkeit, einem verschlechterten Reibungskoeffizienten und einem verminderten Gleitvermögen des Hartbeschichtungsfilms führt. Diesbezüglich beträgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms der obere Grenzwert des Partialdrucks des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre 4 Pa. Dabei ist es bevorzugt, dass der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases 2 Pa oder weniger beträgt.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms kann das Kohlenwasserstoffgas jedwedes Gas sein, das durch das Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren ionisiert wird. Daher ist dessen Art nicht speziell beschränkt und es können verschiedene Gase verwendet werden. Beispielsweise kann mindestens eine Spezies von Methangas, Acetylengas und Toluolgas verwendet werden.
  • Es gibt zwei Arten von Gasatmosphären, die Kohlenwasserstoffgas enthalten: diejenigen, die nur Kohlenwasserstoffgas enthalten, und diejenigen, bei denen es sich um Gemische von Kohlenwasserstoffgas und anderen Gasen (Inertgasen, usw.) handelt. Beide Arten können verwendet werden, solange deren Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases höher als 0,8 Pa, jedoch nicht höher als 4 Pa ist.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms kann dann, wenn der Hartbeschichtungsfilm gebildet wird, bei dem x (Atomverhältnis von Nb) = 1, d. h. wenn der Beschichtungsfilm vorwiegend Nb-Carbid umfasst, Nb als das Target (Verdampfungsquelle) verwendet werden. Da das Kathodenlichtbogenionenplattierungssystem in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms eingesetzt wird, können Filme mit einer hohen Geschwindigkeit unter Nutzung der Schmelzverdampfung durch Lichtbogenentladung selbst mit einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Nb, gebildet werden.
  • Beispiele
  • Nachstehend werden Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist und mit geeigneten Modifizierungen durchgeführt werden kann, solange diese dem Inhalt der vorliegenden Erfindung entsprechen, wobei alle diese Modifizierungen vom technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
  • Beispiel 1 Durch eine Filmbildungsvorrichtung mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle, die Nb und ein Metallelement M oder ferner B enthält, wurden Beschichtungsfilme mit den in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen auf Substraten gebildet. Wenn Beschichtungsfilme zur Verwendung in Gleittests bei einer hohen Temperatur gebildet wurden, wurde zur Verbesserung der Haftung CrN auf den Substraten in einer Dicke von etwa 3 μm gebildet, und dann wurden Beschichtungsfilme mit den in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen gebildet.
  • Das Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm für Gleittests bei hohen Temperaturen zu bilden. Die Beschichtungsfilme werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet. Die Substratplatte wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung angeordnet. Die Kammer wird evakuiert (auf weniger als 1 × 10–3 Pa) und das Substrat wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße Substrat wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach diesem Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser 100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, Atmosphäre: Methan oder ein Gemisch aus Methan (Partialdruck: 1,3 Pa) und Stickstoff bei einem Gesamtdruck von 1,3 Pa.
  • Die so hergestellten Proben werden bezüglich der Filmzusammensetzung, der Filmhärte und der Oberflächenrauhigkeit (Ra) untersucht. Sie werden auch bezüglich der Verschleißfestigkeit und des Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen getestet.
  • Die Filmzusammensetzung wird durch Messen mit EPMA bestimmt. Die Filmhärte wird mit einem Mikrovickers-Härtemessgerät mit einer Belastung von 0,25 N und einer Messzeit von 15 Sekunden gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit (Ra) wird mit einem Oberflächenrauhigkeitsmessgerät gemessen. Die Gleittests bei hohen Temperaturen werden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
  • Hochtemperatur-Gleittestbedingungen
    • • Vorrichtung: Gleittestgerät des „Vane-on-Disk”-Typs
    • • „Vane”: SKD 61-Stahl (HRC 50), 3,5 × 5 mm, 20 mm lang, Spitzenradius 10 R
    • • „Disk”: SKD 11-Stahl (HRC 60), mit Beschichtungsfilm
    • • Gleitgeschwindigkeit: 0,2 m/s
    • • Belastung: 500 N
    • • Gleitdistanz: 500 m
    • • Testtemperatur: 25°C (ohne Erwärmen), 400°C.
  • Die Ergebnisse des Tests sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Werte in der Spalte der Filmbildungszusammensetzung in der Tabelle 1 sind als Atomverhältnis angegeben. Obwohl die Verhältnisse der Nichtmetallelemente (1 – y) in den Nr. 4 bis 22 in der Tabelle 1 nicht in der Tabelle 1 gezeigt sind, betragen sie alle 0,5. Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und einer guten Verschleißfestigkeit mit geringer Verschleißtiefe in den Proben Nr. 4 bis 8, 10, 15 bis 17 und 19 bis 21 besser erreicht werden als in den Vergleichsproben Nr. 1 bis 3, 9, 18 und 22.
  • Figure 00130001
  • Beispiel 2
  • Ein Substrat wird mittels Dampfabscheidung mit einem Film mit der in der Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung beschichtet. Die Dampfabscheidung wird in einer Filmbildungsvorrichtung durchgeführt, die mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle ausgestattet ist, die Nb und M (Metallelement) und gegebenenfalls B enthält. Für den Beschichtungsfilm, der bezüglich des Gleitvermögens getestet werden soll, wird das Substrat für eine gute Haftung des oberen Hartbeschichtungsfilms im Vorhinein mit einer Basisschicht aus CrN (etwa 3 μm dick) beschichtet. Als letztes wird die obere Beschichtung mit der in der Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung gebildet.
  • Das Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm für einen Gleittest bei hohen Temperaturen zu bilden. Die Beschichtungsfilme werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet. Die Substratplatte wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung angeordnet. Die Kammer wird evakuiert (nicht höher als 1 × 10–3 Pa) und das Substrat wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße Substrat wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach diesem Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser 100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, und Atmosphäre: Gasatmosphäre, die Methangas enthält. Der Partialdruck dieses Methangases wird verschiedenartig verändert.
  • Die so hergestellten Proben werden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 bezüglich der Filmzusammensetzung, der Filmhärte und der Oberflächenrauhigkeit (Ra) untersucht. Sie werden auch bezüglich der Verschleißfestigkeit und des Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen getestet.
  • Die Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle 2 gezeigt. Die Werte in der Spalte der Filmbildungszusammensetzung in der Tabelle 2 sind als Atomverhältnis angegeben. 1 – y stellt das Verhältnis (Anteil) von Nichtmetallelementen dar. Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit mit geringer Verschleißtiefe in den Proben Nr. 6 bis 8, 13 und 14 besser erreicht werden als in den Vergleichsproben Nr. 1 bis 3, 4, 5, 10 und 11.
  • Figure 00150001
  • Beispiel 3
  • Ein Substrat wird mittels Dampfabscheidung mit einem Film mit einer Mehrschichtstruktur oder Gradientenstruktur beschichtet. Die Dampfabscheidung wird in einer Filmbildungsvorrichtung durchgeführt, die mit einer Nb-enthaltenden Lichtbogenverdampfungsquelle ausgestattet ist. Für den Beschichtungsfilm, der bezüglich des Gleitvermögens getestet werden soll, wird das Substrat im Vorhinein mit einer Basisschicht aus CrN (etwa 3 μm dick) beschichtet. Als letztes wird die obere Beschichtung, welche die in der Tabelle 3 gezeigte Zusammensetzung aufweist, gebildet.
  • Das Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm für einen Gleittest bei hohen Temperaturen zu bilden. Die Beschichtungsfilme werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet. Die Substratplatte wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung angeordnet. Die Kammer wird evakuiert (nicht höher als 1 × 10–3 Pa) und das Substrat wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße Substrat wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach diesem Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser 100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, und Atmosphäre: Gasatmosphäre, die Methangas enthält. Der Partialdruck dieses Methangases wird verschiedenartig verändert.
  • Die so hergestellten Proben werden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 bezüglich der Filmzusammensetzung, der Filmhärte und der Oberflächenrauhigkeit (Ra) untersucht. Sie werden auch bezüglich der Verschleißfestigkeit und des Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen getestet.
  • Die Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle 3 gezeigt. Der Mehrschichtfilm in der Tabelle 3 ist aus der Schicht A und der Schicht B zusammengesetzt, wobei die Schicht A gebildet und dann die Schicht B darauf gebildet wird. Der Gradientenfilm ist ein Film mit einer Gradientenstruktur, worin y in der Dickenrichtung des Films (von der Substratseite zu der Seite der Filmoberfläche) kontinuierlich variiert. Die Zusammensetzung von Schicht A und Schicht B ist als Atomverhältnis angegeben. Beispielsweise bedeutet Nb0,2C0,8, dass Nb und C ein Atomverhältnis von 0,2 bzw. 0,8 aufweisen. Der Gradientenfilm Nr. 2 weist die Zusammensetzung Nb: 0,5 und C: 0,5 in einer Position auf, die dem Substrat am nächsten liegt, während in einer Position, die der äußersten Oberfläche des Films am nächsten liegt, die Zusammensetzung Nb: 0,2 und C: 0,8 ist. Die Zusammensetzung Nb: 0,2 und C: 0,8 kann auch so angegeben werden, dass in NbyC1-y y 0,2 und 1 – y 0,8 betragen. Die Zusammensetzung Nb: 0,5 und C: 0,5 kann auch so angegeben werden, dass in NbyC1-y y 0,5 und 1 – y 0,5 betragen.
  • Figure 00180001
  • Aus der Tabelle 3 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit mit einer geringen Verschleißtiefe besser durch die Hartbeschichtungsfilme der Proben Nr. 3 bis 7 bzw. Nr. 2, als durch diejenigen der Vergleichsproben im vorstehenden Beispiel 1 (Nr. 1 bis 3 in der Tabelle 1) erreicht werden. Es ist auch ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit mit einer geringen Verschleißtiefe besser erreicht werden als bei dem Einzelschichtfilm (NbC) Nr. 1 in der Tabelle 3.
  • Beispiel 4
  • Ein Substrat wird mittels Dampfabscheidung mit einem Film beschichtet, der NbyC1-y umfasst. Die Dampfabscheidung wird in einer Filmbildungsvorrichtung durchgeführt, die mit einer Nb-enthaltenden Lichtbogenverdampfungsquelle ausgestattet ist. Für den Beschichtungsfilm, der bezüglich des Gleitvermögens getestet werden soll, wird das Substrat für eine gute Haftung des oberen Hartbeschichtungsfilms im Vorhinein mit einer Basisschicht aus CrN (etwa 3 μm dick) beschichtet. Als letztes wird die obere Beschichtung, welche die vorstehend gezeigte Zusammensetzung aufweist, gebildet.
  • Das Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm für einen Gleittest bei hohen Temperaturen zu bilden. Die Beschichtungsfilme werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet. Die Substratplatte wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung angeordnet. Die Kammer wird evakuiert (nicht höher als 1 × 10–3 Pa) und das Substrat wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße Substrat wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach diesem Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser 100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, Atmosphäre: Gasatmosphäre, die Methangas enthält. Der Partialdruck dieses Methangases wird verschiedenartig verändert, wodurch das Verhältnis von C in NbyC1-y (1 – y) variiert wird.
  • Die so hergestellten Proben werden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 bezüglich der Filmzusammensetzung, der Filmhärte und der Oberflächenrauhigkeit (Ra) untersucht. Sie werden auch bezüglich der Verschleißfestigkeit und des Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen getestet.
  • Die Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle 4 gezeigt. Aus der Tabelle 4 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit mit einer geringen Verschleißtiefe durch die Hartbeschichtungsfilme besser erreicht werden, wenn der Partialdruck von Methangas in der Gasatmosphäre während der Filmbildung höher als 0,8 Pa, jedoch nicht höher als 4 Pa ist, d. h. wenn die Anforderungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung eines Hartbeschichtungsfilms erfüllt sind (Nr. 4 bis 7), wie wenn der Partialdruck des Methangases 0,8 Pa oder weniger beträgt oder höher als 4 Pa ist (Nr. 1 bis 3 und 8). Tabelle 4
    Nr. Partialdruck von Methangas Härte Reibungskoeffizient (25°C) Reibungskoeffizient (400°C) Tiefe des Filmverschleißes (25°C) Tiefe des Filmverschleißes (400°C)
    Pa GPa Durchschnittlich 100 bis 300 m Durchschnittlich 100 bis 300 m μm μm
    1 0 15 0,8 0,5 3,00 > 5
    2 0,5 20 0,8 0,5 3,00 > 5
    3 0,8 24 0,7 0,4 2,5 > 5
    4 1 34 0,4 0,2 0,50 4,00
    5 1,3 37 0,3 0,2 0,50 3,00
    6 2 33 0,4 0,25 1 3,00
    7 4 32 0,55 0,25 1,5 3,50
    8 7 25 0,7 0,5 3 > 5
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Der Hartbeschichtungsfilm weist eine bessere Verschleißfestigkeit und ein besseres Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten als eine herkömmliche Oberflächenbeschichtungsschicht auf, und er wird auf Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen und Werkzeuge angewandt, um deren Standzeit zu verbessern. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms ist vorteilhaft, da es von den Hartbeschichtungsfilmen einen Hartbeschichtungsfilm mit einem besonders hohen Verhältnis von Nichtmetallelementen (B, C, N) (1 – y) und Atomverhältnis (b) von C von den Nichtmetallelementen (B, C, N), einer besonders guten Verschleißfestigkeit, einem besonders guten Gleitvermögen (mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten) bei einer hohen Geschwindigkeit, wobei dessen Oberfläche glatt ist, bilden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen detailliert beschrieben und es ist für den Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen ausgeführt werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung beruht auf einer japanischen Patentanmeldung (Nr. 2007-202192) , die am 2. August 2007 angemeldet worden ist, und einer japanischen Patentanmeldung (Nr. 2008-144723) , die am 2. Juni 2008 angemeldet worden ist, wobei deren Offenbarung hierin unter Bezugnahme einbezogen wird.

Claims (4)

  1. Kaltumformwerkzeug, bei dem ein Material verwendet wird, bei dem ein Hartbeschichtungsfilm auf der Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist, wobei der Hartbeschichtungsfilm (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y umfasst, worin 0,2 ≤ x ≤ 1,0 (1) 0 ≤ a ≤ 0,3 (2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5 (3) 0,5 ≤ b ≤ 1 (4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9 (5) sind, wobei M nur Ti oder nur V, oder V und mindestens eine von V verschiedene Spezies von Elementen bezeichnet, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, x, 1 – x, a, b und 1 – a – b das Atomverhältnis von Nb, M, B, C und N darstellen, y und 1 – y das Verhältnis von (NbxM1-x) und (BaCbN1-a-b) darstellen, wenn x = 1 und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,7, und wenn M = Ti und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,6.
  2. Kaltumformwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material eine Beschichtungsfilmschicht aufweist, umfassend ein Nitrid von mindestens einer Spezies von Elementen, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, die auf der Oberfläche eines Substrats, das aus einer Eisen-enthaltenden Legierung besteht, ausgebildet ist, und wobei der Hartbeschichtungsfilm darauf ausgebildet ist.
  3. Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms unter Verwendung eines Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems in einer Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas enthält, wobei der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre auf höher als 0,8 Pa, jedoch auf nicht höher als 4 Pa eingestellt wird, wobei der ≤ (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y umfasst, worin 0,2 ≤ x ≤ 1,0 (1) 0 ≤ a ≤ 0,3 (2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5 (3) 0,5 ≤ b ≤ 1 (4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9 (5) sind, wobei M nur Ti oder nur V, oder V und mindestens eine von V verschiedene Spezies von Elementen bezeichnet, die zu den Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems und Si und Al gehören, x, 1 – x, a, b und 1 – a – b das Atomverhältnis von Nb, M, B, C und N darstellen, y und 1 – y das Verhältnis von (NbxM1-x) und (BaCbN1-a-b) darstellen, wenn x = 1 und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,7, und wenn M = Ti und b = 1, dann ist 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,6.
  4. Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms nach Anspruch 3, bei dem das Kohlenwasserstoffgas mindestens eine Spezies von Methangas, Acetylengas und Toluolgas ist.
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