DE112011105613T5

DE112011105613T5 - Film und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112011105613T5
Application number: DE112011105613.3T
Authority: DE
Inventors: c/o TOYOTA JIDOSHA K.K. Furukawa Yuichi; c/o TOYOTA JIDOSHA K.K. Sotozaki Shuji
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2014-08-14
Also published as: WO2013038503A1; CN103764313A; JPWO2013038503A1; JP5660221B2; US20140212689A1; CN103764313B

Abstract

Es werden ein Film mit hoher Festigkeit, welcher sich nicht leichtert verschlechtert, und ein Verfahren zur Herstellung des Films offenbart. Ein Schritt (S1) zur Herstellung eines Films (1), der auf der Formoberfläche einer Form ausgebildet ist, umfasst einen Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms (S11) zum Ausbilden auf der Formoberfläche der Form eines Ausgangsfilms (100) mit einem Kohlenstofffilm (140), der eine Vielzahl an Nanokohlenstoffen (142) aufweist und auf den eine Vielzahl an Fullerenen (143) angewendet ist, und einer Stickstoffverbindungsschicht (120) und einer schwefelhaltigen Schicht (130), welche zwischen dem Kohlenstofffilm (140) und der Form angeordnet sind, und einen Schritt des intermittierenden Erwärmens (S12) zum intermittierenden Erwärmen des in dem Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms (S11) gebildeten Ausgangsfilms (100) unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Film, der auf der Oberfläche eines auf Eisen basierenden Materials ausgebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung des Films.
Stand der Technik
Allgemein bekannt ist eine Technik zur Ausbildung eines vorbestimmten Films auf der Formoberfläche einer Form (der Oberfläche eines auf Eisen basierenden Materials), um eine Verringerung des Formtrennwiderstands und dergleichen beim Druckguss zu erreichen (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Technik zur Ausbildung eines Films auf der Formoberfläche einer Form durch Aufbringen von Fullerenen auf einem Kohlenstofffilm, der Nanokohlenstoffe wie Kohlenstoffnanoröhren aufweist.
Gemäß der Patentliteratur 1 wird der Formtrennwiderstand verringert, indem Öffnungen in dem Kohlenstofffilm mit den Fullerenen gefüllt werden, um die unebene Oberfläche des Kohlenstofffilms zu glätten.
Wenn die in der Patentliteratur 1 beschriebene Technik angewendet wird, werden jedoch im Fall einer unvollständigen Vereinigung des Kohlenstofffilms und der Fullerene die Fullerene durch alkalische Lösungsmittel entfernt und verschlechtert sich der Film. Darüber hinaus wird der Film leicht abgelöst, da der Film eine unzureichende Festigkeit aufweist.
Daher bietet die Technik in der Patentliteratur 1 Ansatzpunkte für eine Verbesserung.
Liste der zitierten Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2010-36194 A

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Film mit einer hohen Festigkeit, der sich nicht leicht verschlechtert, und ein Verfahren zur Herstellung des Films bereitzustellen.
Mittel zur Lösung des Problems
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines auf einer Oberfläche eines auf Eisen basierenden Materials ausgebildeten Films, umfassend einen Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms zum Ausbilden auf der Oberfläche des auf Eisen basierenden Materials eines Ausgangsfilms, der einen Kohlenstofffilm, eine Stickstoffverbindungsschicht und eine schwefelhaltige Schicht einschließt, wobei der Kohlenstofffilm eine Vielzahl an Nanokohlenstoffen und eine Vielzahl an auf den Kohlenstofffilm angewendeten Fullerenen aufweist, und wobei die Stickstoffverbindungsschicht und die schwefelhaltige Schicht zwischen dem Kohlenstofffilm und dem auf Eisen basierenden Material angeordnet sind, und einen Schritt des intermittierenden Erwärmens zum intermittierenden Erwärmen des in dem Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms gebildeten Ausgangsfilms unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre.
Vorzugsweise ist das auf Eisen basierende Material eine zum Gießen verwendete Form, die eine Formoberfläche aufweist, wird in dem Schritt zum Ausbilden eines Ausgangsfilms der Ausgangsfilm auf der Formoberfläche der Form ausgebildet und wird in dem Schritt des intermittierenden Erwärmens ein auf Öl basierendes Trennmittel auf die Formoberfläche der Form, auf der der Ausgangsfilm ausgebildet ist, aufgebracht und wird dann unter Verwendung der Form mehrmals ein Gießen durchgeführt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Film, der einen Kohlenstofffilm einschließt, der eine Vielzahl an Nanokohlenstoffen aufweist und der auf einer Oberfläche eines auf Eisen basierenden Materials ausgebildet ist. Der Film enthält harten amorphen Kohlenstoff, Fe₄N, Fe₃C, Martensit und Fe₃O₄. Der Schwefelverteilungsgrad im Kohlenstofffilm beträgt mehr als 50%.
Der harte amorphe Kohlenstoff, Fe₄N, Fe₃C, Martensit und Fe₃O₄ werden vorzugsweise mittels eines Röntgenbeugungsverfahrens identifiziert, und der Schwefelverteilungsgrad wird mittels einer Mapping-Analyse unter Verwendung eines EPMA ermittelt.
Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Minimierung der Verschlechterung und des Ablösens eines Films
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Schritt der Herstellung eines Films gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht einen Ausgangsfilm.
3 veranschaulicht den Film gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt das Ergebnis einer Mapping-Analyse des Ausgangsfilms unter Verwendung eines EPMA, wobei 4(a) den im Ausgangsfilm vorhandenen Kohlenstoff zeigt und 4(b) den im Ausgangsfilm enthaltenen Schwefel zeigt.
5 zeigt das Ergebnis einer Mapping-Analyse des Films gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des EPMA, wobei 5(a) den im Film gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorhandenen Kohlenstoff zeigt und 5(b) den im Film gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorhandenen Schwefel zeigt.
6 zeigt das Ergebnis einer Mapping-Analyse eines Vergleichsfilms unter Verwendung des EPMA, wobei 6(a) den im Vergleichsfilm vorhandenen Kohlenstoff zeigt und 6(b) den im Vergleichsfilm vorhandenen Schwefel zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Unter Bezug auf die 1 bis 3 wird nachfolgend ein Schritt S1 zur Herstellung eines Films 1 als eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Films gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Film 1 wird auf der Formoberfläche einer Form ausgebildet, die zum Druckguss und dergleichen verwendet wird.
Der Schritt 51 ist ein Schritt zum Ausbilden des Films 1 auf der Formoberfläche der Form.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Form ein auf Eisen basierendes Material, das aus Legierungswerkzeugstahl (JIS G4404) wie beispielsweise SKD61 hergestellt ist.
Wie in 1 aufgezeigt, schließt der Schritt S1 einen Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms S11 und einen Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 ein.
Der Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms S11 ist ein Schritt zum Ausbilden eines Ausgangsfilms 100 auf der Formoberfläche der Form.
Der Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms S11 ist eine herkömmliche Technik, und der Schritt ist im Speziellen in der JP 2010-36194 A offenbart. Daher wird auf eine ausführliche Erläuterung des Schritts zur Ausbildung eines Ausgangsfilms S11 verzichtet.
2 veranschaulicht den Ausgangsfilm 100, der in dem Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms S11 hergestellt wurde.
Wie in 2 gezeigt, ist der Ausgangsfilm 100 ein Film, der durch die herkömmliche Technik ausgebildet wurde und eine Diffusionsschicht 110, eine Stickstoffverbindungsschicht 120, eine schwefelhaltige Schicht 130 und einen Kohlenstofffilm 140 einschließt.
Die Diffusionsschicht 110 ist ein Teil der Form, in den Stickstoff diffundiert ist, und ist nahe der Formoberfläche der Form ausgebildet.
Die Stickstoffverbindungsschicht 120 ist eine Schicht, die Fe₃C und eine Stickstoffverbindung wie Fe₂N oder Fe₃N enthält. Die Stickstoffverbindungsschicht 120 ist auf der Diffusionsschicht 110 ausgebildet.
Die schwefelhaltige Schicht 130 ist eine Schicht, die eine Schwefelverbindung wie FeS enthält. Die schwefelhaltige Schicht 130 ist auf der Stickstoffverbindungsschicht 120 ausgebildet.
Der Kohlenstofffilm 140 ist eine Schicht, die Nanokohlenstoffe aufweist. Der Kohlenstofffilm 140 befindet sich am äußersten Abschnitt (dem obersten Abschnitt in 2) des Ausgangsfilms 100.
Der Kohlenstofffilm 140 weist eine Vielzahl an harten amorphen Kohlenstoffen 141, eine Vielzahl an Nanokohlenstoffen 142 und eine Vielzahl an Fullerenen 143 auf.
Der harte amorphe Kohlenstoff 141 ist ein amorphes Material, das hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht. Die Vielzahl an harten amorphen Kohlenstoffen 141 ist ungefähr an der Stelle verteilt, an der die Diffusionsschicht 110 und die Stickstoffverbindungsschicht 120 ausgebildet sind.
Der Nanokohlenstoff 142 gehört zu den Nanokohlenstoffen wie Kohlenstoffnanofasern, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanospulen (carbon nano coils) und Kohlenstoffnanofilamenten. Die Vielzahl an Nanokohlenstoffen 142 ist so ausgebildet, dass sie sich ausgehend von der Vielzahl an harten amorphen Kohlenstoffen 141 in Richtung der Oberfläche des Ausgangsfilms 100 erstreckt (in 2 nach oben erstreckt). Die Vielzahl an Nanokohlenstoffen 142 erstreckt sich bis zum Erreichen der Oberfläche des Ausgangsfilms 100.
Das Fulleren 143 ist ein Kohlenstoffcluster, der aus einer Vielzahl an Kohlenstoffatomen besteht, wobei als ein typisches Beispiel C₆₀ genannt werden kann. Das Fulleren 143 kann eines der Fullerenderivate sein, auf die eine vorbestimmte chemische Modifikation angewendet wurde. Die Vielzahl an Fullerenen 143 befindet sich zwischen den Nanokohlenstoffen 142.
Wie oben erwähnt, umfasst der Ausgangsfilm 100 den Kohlenstofffilm 140 mit der Vielzahl an Nanokohlenstoffen 142, auf den die Vielzahl an Fullerenen 143 angewendet ist, und die Stickstoffverbindungsschicht 120 und die schwefelhaltige Schicht 130, welche zwischen dem Kohlenstofffilm und der Form angeordnet sind.
In der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsfilms nicht eingeschränkt, insofern der Ausgangsfilm zumindest einen Kohlenstofffilm mit Nanokohlenstoffen, auf den eine Vielzahl an Fullerenen angewendet ist, und eine Stickstoffverbindungsschicht und eine schwefelhaltige Schicht, die zwischen dem Kohlenstofffilm und der Form angeordnet sind, einschließt.
Wie in 1 gezeigt, ist der Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 ein Schritt zum intermittierenden Erwärmen des Ausgangsfilms 100, der in dem Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms S11 hergestellt wurde, unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre.
In dem Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 wird der Ausgangsfilm 100 intermittierend erwärmt, indem mehrmals ein Druckgießen unter Verwendung der Form, auf welcher der Ausgangsfilm 100 ausgebildet ist, durchgeführt wird.
Im Speziellen wird zuerst ein auf Öl basierendes Trennmittel wie Mineralöl, synthetisches Öl oder pflanzliches Öl auf der Formoberfläche der Form, auf welcher der Ausgangsfilm 100 ausgebildet ist, aufgebracht. Zu diesem Zeitpunkt wird das auf Öl basierende Trennmittel so auf die Formoberfläche der Form aufgebracht, dass die Formoberfläche vollständig mit dem auf Öl basierenden Trennmittel bedeckt ist. Dadurch kann vermieden werden, dass der Ausgangsfilm 100 Wasser und Luft ausgesetzt wird, das heißt, er kann unter der nichtoxidierenden Atmosphäre gehalten werden.
Als Nächstes wird der Hohlraum der Form mit einem geschmolzenen Metall wie einer Aluminiumlegierung mit einer hohen Temperatur (z. B. 600°C) gefüllt, und man lässt die Form dann während eines vorbestimmten Zeitraums (z. B. 5 Sekunden) stehen. Zu diesem Zeitpunkt kommt das bei hoher Temperatur geschmolzene Metall in Kontakt mit der Formoberfläche der Form und wird dabei auf eine vorbestimmte Temperatur (z. B. 300°C) gekühlt. Mit anderen Worten, der Ausgangsfilm 100 wird durch das geschmolzene Metall unmittelbar nach dem Zuführen des geschmolzenen Metalls zu dem Hohlraum der Form auf eine hohe Temperatur erwärmt und wird dann auf die Temperatur des durch die Form schnell abgekühlten geschmolzenen Metalls gekühlt.
Schließlich wird das verfestigte Metall (Gussmetall) von der Form getrennt.
Indem das oben beschriebene Verfahren eine vorbestimmte Anzahl mal wiederholt wird (z. B. 1000-mal), wandelt sich der Ausgangsfilm 100 zu dem Film 1 um. Mit anderen Worten, der Film 1 wird auf der Formoberfläche der Form ausgebildet.
Wie oben erwähnt, wird in dem Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 das Druckgießen mehrmals unter der nichtoxidierenden Atmosphäre unter Verwendung der Form, auf welcher der Ausgangsfilm 100 ausgebildet ist, durchgeführt. Dadurch findet in dem Ausgangsfilm 100 mehrmals ein vorbestimmter Wechsel der Temperatur (Erwärmen und Kühlen) statt. Mit anderen Worten, der Ausgangsfilm 100 wird intermittierend erwärmt, was den Ausgangsfilm 100 zu dem Film 1 umwandelt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Film 1 auf der Formoberfläche der Form ausgebildet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch nicht nur auf die Formoberfläche der Form angewendet werden, sondern auch auf die Oberfläche eines beliebigen auf Eisen basierenden Materials.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das auf Öl basierende Trennmittel jedes Mal bei der Durchführung des Druckgießens auf die Formoberfläche aufgebracht. Der Zeitpunkt des Aufbringens des auf Öl basierenden Trennmittels auf die Formoberfläche ist jedoch nicht darauf beschränkt, insofern der Ausgangsfilm 100 unter der nichtoxidierenden Atmosphäre gehalten werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht das Aufbringen des auf Öl basierenden Trennmittels auf die Formoberfläche, dass der Ausgangsfilm 100 unter der nichtoxidierenden Atmosphäre gehalten wird. Wenn ein davon verschiedenes Verfahren es ebenfalls ermöglicht, dass der Ausgangsfilm 100 unter der nichtoxidierenden Atmosphäre gehalten wird, kann jedoch gleichermaßen ein Film gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird durch das mehrmalige Durchführen des Druckgießens der Ausgangsfilm 100 intermittierend erwärmt. Der Ausgangsfilm 100 kann jedoch auch mittels eines Lasers, Ultraschallwellen oder dergleichen intermittierend erwärmt werden.
3 veranschaulicht den durch den Schritt S1 hergestellten Film 1.
Wie in 3 gezeigt, ist der Film 1 ein Film, der durch die herkömmliche Technik hergestellt wurde, und umfasst eine Diffusionsschicht 10, eine Stickstoffverbindungsschicht 20, eine schwefelhaltige Schicht 30 und einen Kohlenstofffilm 40.
Die Diffusionsschicht 10 ist die Diffusionsschicht 110, die den Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 durchlaufen hat, und ist nahe der Formoberfläche der Form ausgebildet.
Die Stickstoffverbindungsschicht 20 ist die Stickstoffverbindungsschicht 120, die den Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 durchlaufen hat, und ist auf der Diffusionsschicht 10 ausgebildet.
Die Stickstoffverbindungsschicht 20 ist eine Schicht, die Fe₃C und eine Stickstoffverbindung wie Fe₄N enthält. Mit anderen Worten, die Stickstoffverbindungsschicht 20 unterscheidet sich von der Stickstoffverbindungsschicht 120 des Ausgangsfilms 100 dadurch, dass sie Fe₄N enthält. Wenn die Stickstoffverbindungsschicht 120 den Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 durchläuft, wandelt sich in der Stickstoffverbindungsschicht 120 des Ausgangsfilms 100 vorhandenes Fe₂N oder Fe₃N zu Fe₄N um.
Fe₄N hat im Vergleich mit Fe₂N oder Fe₃N eine dichte Struktur.
Daher weist der Film 1, der die Stickstoffverbindungsschicht 20 einschließt, welche Fe₄N enthält, eine eineinhalbmal so hohe Ablösefestigkeit (Druck, bei dem der Film sich von der Form trennt) auf wie der Ausgangsfilm 100, welcher die Stickstoffverbindungsschicht 120 einschließt, die Fe₂N oder Fe₃N enthält.
Folglich ermöglicht die vorliegende Erfindung die Herstellung des Films 1 mit hoher Festigkeit.
Die schwefelhaltige Schicht 30 ist die schwefelhaltige Schicht 130, die den Schritt des intermittierenden Erwärmens 512 durchlaufen hat, und ist auf der Stickstoffverbindungsschicht 20 ausgebildet. Die schwefelhaltige Schicht 30 ist so ausgebildet, dass sie die Oberfläche des Ausgangsfilms 100 erreicht.
Der Kohlenstofffilm 40 ist der Kohlenstofffilm 140, der den Schritt des intermittierenden Erwärmens 512 durchlaufen hat.
In dem Kohlenstofffilm 40 ist die schwefelhaltige Schicht 30 gänzlich ausgebildet. Mit anderen Worten, Schwefel diffundiert durch den Kohlenstofffilm 40.
In dem Ausgangsfilm 100 sammelt sich somit Schwefel in dem Fußbereich (unterer Teil in 2) des Kohlenstofffilms 140 an, wohingegen in dem Film 1 Schwefel durch den Kohlenstofffilm 40 diffundiert.
Daher weist der Film 1 einen Reibungskoeffizienten auf, der geringer ist als der des Ausgangsfilms 100.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es folglich, den Formtrennwiderstand des Films 1 zu verringern.
Der Kohlenstofffilm 40 weist eine Vielzahl an harten amorphen Kohlenstoffen 41, eine Vielzahl an Nanokohlenstoffen 42 und eine Vielzahl an Fullerenen 43 auf.
Der harte amorphe Kohlenstoff 41 ist der harte amorphe Kohlenstoff 141, der den Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 durchlaufen hat.
Der harte amorphe Kohlenstoff 41 ist der harte amorphe Kohlenstoff 141, der verdichtet ist durch einen Teil der Vielzahl an Fullerenen 143, die durch den Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 amorph gemacht sind. Der harte amorphe Kohlenstoff 41 weist somit eine Struktur auf, die dichter ist als die des harten amorphen Kohlenstoffs 141 des Ausgangsfilms 100.
Der Nanokohlenstoff 42 ist der Nanokohlenstoff 142, der den Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 durchlaufen hat. Die Vielzahl an Nanokohlenstoffen 42 wird so ausgebildet, dass sie sich von der Vielzahl an harten amorphen Kohlenstoffen 41 in Richtung der Oberfläche des Films 1 erstreckt (in 3 nach oben erstreckt). Die Vielzahl an Nanokohlenstoffen 42 erstreckt sich so, dass die Oberfläche des Ausgangsfilms 100 erreicht wird.
Das Fulleren 43 ist das Fulleren 143, das den Schritt des intermittierenden Erwärmens S12 durchlaufen hat.
Die Vielzahl an Fullerenen 43 ist mit der Vielzahl an Nanokohlenstoffen 42 vereinigt, was den Kohlenstofffilm 40 dicht macht.
Daher wird die Vielzahl an Fullerenen 43 nicht durch alkalisches Lösungsmittel entfernt.
Die vorliegende Erfindung macht es folglich möglich, den Film 1 vor einer Verschlechterung zu schützen.
Darüber hinaus diffundiert die Vielzahl an Fullerenen 43 durch die Stickstoffverbindungsschicht 20 und die Diffusionsschicht 10.
Wie oben erwähnt, diffundiert in dem Film 1 Schwefel durch den Kohlenstofffilm 40. Es wird angenommen, dass dies verursacht wird durch eine Permeation von Fullerenen 43 in die Diffusionsschicht 10.
Im Speziellen wird angenommen, dass, wenn der Kohlenstofffilm 140 den Schritt des intermittierenden Erwärmens 512 durchläuft, eine gegenseitige Diffusion zwischen einer relativ großen Zahl an Fullerenen 143, die nahe der Oberfläche des Kohlenstofffilms 140 vorhanden ist, und einer relativ großen Menge an Schwefel, die in dem Fußbereich des Kohlenstofffilms 140 vorkommt, stattfindet und folglich Schwefel durch den Kohlenstofffilm 40 diffundiert.
Es ist bevorzugt, dass der untere Grenzwert der Temperatur, auf die der Ausgangsfilm 100 in dem Schritt des intermittierenden Erwärmens 512 gekühlt wird (die Temperatur des beim Inkontaktkommen mit der Formoberfläche der Form schnell abgekühlten geschmolzenen Metalls), 240°C beträgt, da üblicherweise ein Fulleren bei 240°C oder mehr gut diffundiert.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der obere Grenzwert der Temperatur, auf die der Ausgangsfilm 100 in dem Schritt des intermittierenden Erwärmens 512 erwärmt wird (die Ausgangstemperatur des geschmolzenen Metalls), 600°C beträgt, da der Kohlenstofffilm 140 des Ausgangsfilms 100 sich durch Oxidation bei einer Temperatur von mehr als 600°C verschlechtern kann.
Basierend auf einem Beispiel und einem Vergleichsbeispiel und unter Bezug auf die 4 bis 6 werden nachfolgend die Charakteristiken eines Films gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Vor dem Durchführen des Verfahrens in dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel wurde unter Verwendung eines EPMA (Elektronenstrahlmikroanalysator (Electron Probe Micro Analyzer)) eine Mapping-Analyse des Ausgangsfilms 100 durchgeführt. Der Abschnitt, in dem die Mapping-Analyse durchgeführt wurde, war eine Querschnittsfläche, die erhalten wurde, indem der Ausgangsfilm 100 von der Oberfläche nach innen geschnitten wurde.
4 zeigt das Ergebnis der Mapping-Analyse des Ausgangsfilms 100 unter Verwendung des EPMA. 4(a) zeigt den im Ausgangsfilm 100 vorhandenen Kohlenstoff und 4(b) zeigt den im Ausgangsfilm 100 vorhandenen Schwefel.
Der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm kann anhand des Ergebnisses der Mapping-Analyse ermittelt werden.
Dabei gibt der Schwefelverteilungsgrad im Kohlenstofffilm für den Abschnitt, in dem die Mapping-Analyse unter Verwendung des EPMA durchgeführt wurde, den prozentualen Flächenanteil des Kohlenstofffilms an, in dem der Schwefel verteilt ist. Wenn beispielsweise der Schwefel überall im Kohlenstofffilm verbreitet ist, beträgt der Schwefelverteilungsgrad 100%.
Wie in den 4(a) und 4(b) gezeigt, ist der Schwefel im Kohlenstofffilm 140 des Ausgangsfilms 100 nicht gänzlich verteilt, und eine relativ große Menge an Schwefel findet sich in dem Fußbereich (unterer Teil in 4(b). Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm 140 des Ausgangsfilms 100 50%.
Andererseits wurde der Ausgangsfilm 100 mittels eines Röntgenbeugungsverfahrens analysiert. Dabei wurde gefunden, dass der Ausgangsfilm 100 harten amorphen Kohlenstoff, Fe₂N, Fe₃C, Martensit und Fe₃O₄ enthielt.
Beispiel
Als Erstes wurde das auf Öl basierende Trennmittel auf die Formoberfläche der Form, auf welcher der Ausgangsfilm 100 ausgebildet wurde, aufgebracht und befand sich daher der Ausgangsfilm 100 unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre.
Als Nächstes wurde der Hohlraum der Form mit geschmolzener Aluminiumlegierung von 600°C gefüllt und wurde der Ausgangsfilm 100 während 5 Sekunden bei 4000 kcal/m² auf der Wärmeübergangsfläche (der Formoberfläche der Form) bei einem Wärmeübergangskoeffizienten von 6000 W/m²K (600°C, 50 MPa) erwärmt.
Schließlich wurde das verfestigte Metall (Gussmetall) von der Form getrennt.
Indem das oben erwähnte Verfahren 1000-mal durchgeführt wurde, wurde der Film 1 hergestellt.
Auf vergleichbare Weise wie bei dem Ausgangsfilm 100 wurde unter Verwendung des EPMA eine Mapping-Analyse des Films 1 durchgeführt.
5 zeigt das Ergebnis der Mapping-Analyse des Films 1 unter Verwendung des EPMA. 5(a) zeigt den in Film 1 vorhandenen Kohlenstoff und 5(b) zeigt den in Film 1 vorhandenen Schwefel.
Wie aus den 5(a) und 5(b) ersichtlich ist, ist in dem Kohlenstofffilm 40 des Films 1 der Schwefel gänzlich verteilt und tritt gleichförmig auch nahe der Oberfläche des Films 1 (im oberen Teil in 5(b)) auf. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Schwefelverteilungsgrad im Kohlenstofffilm 40 des Films 1 100%.
Wie oben erwähnt, weist der Film 1 einen Schwefelverteilungsgrad auf, der größer ist als der des Ausgangsfilms 100. Wie zuvor erwähnt, weist der Film 1 daher einen Reibungskoeffizienten auf, der kleiner ist als der des Ausgangsfilms 100, und weist folglich einen Formtrennwiderstand auf, der geringer ist als der des Ausgangsfilms 100.
Es sei angemerkt, dass der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm 40 des Films 1 100% beträgt, jedoch nicht darauf beschränkt ist, insofern der Reibungskoeffizient des Films gemäß der vorliegenden Erfindung geringer ist als der des Ausgangsfilms. Mit anderen Worten, es ist lediglich notwendig, dass der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm des Films gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als 50% beträgt.
Andererseits wurde der Film 1 mittels eines Röntgenbeugungsverfahrens analysiert. Dabei wurde gefunden, dass der Film 1 harten amorphen Kohlenstoff, Fe₄N, Fe₃C, Martensit und Fe₃O₄ enthielt.
Da, wie zuvor erwähnt, der Film 1 Fe₄N enthält, welches eine dichtere Struktur als Fe₂N aufweist, besitzt der Film 1 eine Festigkeit, die höher ist als die des Ausgangsfilms 100.
Vergleichsbeispiel
Es wurde ein Verfahren durchgeführt, das ähnlich ist wie das des oben erwähnten Beispiels, mit der Ausnahme, dass anstelle des auf Öl basierenden Trennmittels ein wasserlösliches Trennmittel verwendet wurde, und wurde dadurch ein Film (nachfolgend als „der Vergleichsfilm” bezeichnet) herstellt.
Es sei angemerkt, dass das wasserlösliche Trennmittel sich dahingehend von dem auf Öl basierenden Trennmittel unterscheidet, dass es nicht verhindert, dass der Ausgangsfilm 100 Wasser und Luft ausgesetzt ist.
Mit anderen Worten, der Vergleichsfilm wurde hergestellt durch intermittierendes Erwärmen des Ausgangsfilms 100 unter einer oxidierenden Atmosphäre.
Gleichermaßen wie bei dem Film 1 wurde eine Mapping-Analyse des Vergleichsfilms unter Verwendung des EPMA durchgeführt.
6 zeigt das Ergebnis der Mapping-Analyse des Vergleichsfilms unter Verwendung des EPMA. 6(a) zeigt den im Vergleichsfilm vorhandenen Kohlenstoff und 6(b) zeigt den im Vergleichsfilm vorhandenen Schwefel.
Wie aus den 6(a) und 6(b) ersichtlich ist, ist in dem Kohlenstofffilm des Vergleichsfilms Schwefel lediglich in einem Teil davon verteilt. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm des Vergleichsfilms 5%.
Somit weist der Vergleichsfilm einen Schwefelverteilungsgrad auf, der geringer ist als der des Ausgangsfilms 100, und weist einen Reibungskoeffizienten auf, der größer ist als der des Ausgangsfilms 100. Daher weist der Vergleichsfilm einen Formtrennwiderstand auf, der größer ist als der des Ausgangsfilms 100.
Wie oben erwähnt, wird deutlich, dass der Film gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde durch intermittierendes Erwärmen des Ausgangsfilms unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre.
Darüber hinaus wurde deutlich, dass der Film gemäß der vorliegenden Erfindung harten amorphen Kohlenstoff, Fe₄N, Fe₃C, Martensit und Fe₃O₄ enthielt und dass der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm mehr als 50% betrug.
Die Mapping-Analyse wurde unter Verwendung des EPMA durchgeführt, um den Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm zu ermitteln, jedoch ist das Verfahren dafür nicht darauf beschränkt, insofern der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm ermittelt werden kann.
Darüber hinaus wurde das Röntgenbeugungsverfahren verwendet zum Identifizieren der in dem Film vorhandenen Materialien, jedoch ist das Verfahren dafür nicht darauf beschränkt, insofern die in dem Film vorhandenen Materialien identifiziert werden können.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Film, der auf der Oberfläche eines auf Eisen basierenden Materials ausgebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung des Films.
Bezugszeichenliste

1: Film
10: Diffusionsschicht
20: Stickstoffverbindungsschicht
30: Schwefelhaltige Schicht
40: Kohlenstofffilm
41: Harter amorpher Kohlenstoff
42: Nanokohlenstoff
43: Fulleren
100: Ausgangsfilm
110: Diffusionsschicht
120: Stickstoffverbindungsschicht
130: Schwefelhaltige Schicht
140: Kohlenstofffilm
141: Harter amorpher Kohlenstoff
142: Nanokohlenstoff
143: Fulleren

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Films, der auf einer Oberfläche eines auf Eisen basierenden Materials ausgebildet ist, umfassend: einen Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms zum Ausbilden auf der Oberfläche des auf Eisen basierenden Materials eines Ausgangsfilms, der einen Kohlenstofffilm, eine Stickstoffverbindungsschicht und eine schwefelhaltige Schicht einschließt, wobei der Kohlenstofffilm eine Vielzahl an Nanokohlenstoffen und eine Vielzahl an auf den Kohlenstofffilm angewendeten Fullerenen aufweist und wobei die Stickstoffverbindungsschicht und die schwefelhaltige Schicht zwischen dem Kohlenstofffilm und dem auf Eisen basierenden Material angeordnet sind; und einen Schritt des intermittierenden Erwärmens zum intermittierenden Erwärmen des in dem Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms gebildeten Ausgangsfilms unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das auf Eisen basierende Material eine zum Gießen verwendete Form ist, die eine Formoberfläche aufweist, in dem Schritt des Ausbildens eines Ausgangsfilms der Ausgangsfilm auf der Formoberfläche der Form ausgebildet wird, und in dem Schritt des intermittierenden Erwärmens ein auf Öl basierendes Trennmittel auf die Formoberfläche der Form, auf welcher der Ausgangsfilm ausgebildet ist, aufgebracht wird und dann unter Verwendung der Form mehrmals ein Gießen durchgeführt wird.
Film, der einen Kohlenstofffilm mit einer Vielzahl an Nanokohlenstoffen einschließt und der auf einer Oberfläche eines auf Eisen basierenden Materials ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er harten amorphen Kohlenstoff, Fe₄N, Fe₃C, Martensit und Fe₃O₄ enthält und der Schwefelverteilungsgrad in dem Kohlenstofffilm mehr als 50% beträgt.
Film nach Anspruch 3, wobei der harte amorphe Kohlenstoff, Fe₄N, Fe₃C, Martensit und Fe₃O₄ mittels eines Röntgenbeugungsverfahrens identifiziert werden, und der Schwefelverteilungsgrad mittels einer Mapping-Analyse unter Verwendung eines EPMA ermittelt wird.