DE112013002718B4

DE112013002718B4 - Oberflächenbehandlungsverfahren und Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall

Info

Publication number: DE112013002718B4
Application number: DE112013002718.6T
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: 2012-05-29
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: CN104350178A; CN104350178B; US20150218385A1; WO2013179111A2; WO2013179111A3; JP2013244534A; US9605157B2; DE112013002718T5; JP5953940B2

Abstract

Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform (10) zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm (11) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:Zuführen von mindestens einem von Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal und Wolfram zu dem Kohlenstofffilm undErwärmen des Kohlenstofffilms auf 400 °C oder mehr unter einer inerten Atmosphäre, wodurch ein Beschichtungsfilm (12) auf der Gussform ausgebildet wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Oberflächenbehandlungsverfahren zur Anwendung auf eine Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall und eine Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Um das Entfernen eines Gussteils aus einer Form zu erleichtern, kann auf die Form eine Oberflächenbehandlung angewendet werden (siehe bspw. japanisches Patent JP 4 868 052 B2 ).
Bei der in dem japanischen Patent JP 4 868 052 B2 offenbarten Technologie wird einem Kohlenstofffilm (amorpher Kohlenstoff), welcher die Oberfläche einer Form beschichtet, Fulleren zugeführt. Die Form wird dann in einen Behälter gegeben, der geschmolzenes Metall (z.B. geschmolzenes Aluminium) enthält, und die Form wird erwärmt. Als Folge davon wandert Fulleren in die Hohlräume bzw. Poren in den Kohlenstofffilm, so dass der Kohlenstofffilm verdichtet wird, was zu einer Verstärkung des Kohlenstofffilms führt. Der verstärkte Kohlenstofffilm wird in der Form wiederholt einem Gießverfahren unterzogen, wodurch dem Fulleren ermöglicht wird, weiter in das Innere (die Seite der Form) einzudringen. Durch ein wiederholtes Durchführen von Gießvorgängen ist es nämlich möglich, die Lebensdauer der Form zu verlängern.
Bei der in dem japanischen Patent JP 4 868 052 B2 offenbarten Technologie beschichtet der Kohlenstofffilm die Oberfläche der Form, was zu einer Zunahme der Filmdicke führt. Mit anderen Worten, es führt dazu, dass die Oberfläche der Form mit einem dicken Kohlenstofffilm beschichtet ist. In dem Zustand vor einem wiederholten Durchführen von Gießvorgängen, mit anderen Worten bei dem ersten oder zweiten Gießvorgang, kann ferner relativ viel an Fulleren auf der Oberflächenseite des Kohlenstofffilms vorhanden sein. Mit anderen Worten, die zur Form ausgerichtete Seite des Kohlenstofffilms kann nicht ausreichend verdichtet sein.
Wenn somit der Kohlenstofffilm dick ist und die zur Form ausgerichtete Seite des Kohlenstofffilms nicht ausreichend verdichtet ist, kann in dem ersten oder zweiten Gießvorgang der Kohlenstofffilm sich von der Form ablösen.
Hierbei wird auf eine Form für die Verwendung in einem Kokillengießverfahren (Schwerkraftguss), einem Niederdruckkokillengießverfahren oder dergleichen ein Beschichtungsmittel vor dem Gießverfahren aufgebracht zum Zweck der Erleichterung eines Entfernens eines Produkts aus der Form oder für andere Zwecke. Als Rohmaterialien für ein derartiges Beschichtungsmittel werden Graphit und dergleichen verwendet, welche eine gute Fluidität für geschmolzenes Metall aufweisen.
Der unter Verwendung der in dem japanischen Patent JP 4 868 052 B2 offenbarten Technologie verstärkte Kohlenstofffilm ist hinsichtlich der Fluidität für geschmolzenes Aluminium nicht ausreichend gut, um in seiner Pulverform als Rohmaterial für das Beschichtungsmittel verwendet zu werden. Mit anderen Worten, der unter Verwendung der in dem japanischen Patent JP 4 868 052 B2 offenbarten Technologie verstärkte Kohlenstofffilm kann nicht als Rohmaterial für das Beschichtungsmittel verwendet werden. Die US 2003 / 0 222 457 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden einer Metallcarbidschicht auf einer Kondensatorelektrode als einem Substrat, indem abwechselnd metallhaltige und kohlenstoffhaltige Schichten übereinander abgeschieden und dann einer Wärmebehandlung unterzogen werden. In der US 4 765 847 A wird ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von Eisenlegierungsmaterialien offenbart, um darauf eine Schicht aus einem Nitrid oder Carbonitrid von einem oder mehreren Elemente wie Chrom, Vanadium, Niob, Tantal, Titan und Zirkonium auszubilden. Die US 2007 / 0 102 776 A1 beschreibt die Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei der als eine von mehreren Schichten eine Schutzschicht aus amorphem Kohlenstoff ausgebildet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Oberflächenbehandlungsverfahren zur Anwendung auf eine Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall zur Verfügung, das in der Lage ist, das Auftreten eines anfänglichen Ablösens zwischen einem Beschichtungsfilm und einer Gussform zu unterdrücken, und in der Lage ist, die Fluidität von geschmolzenem Aluminium zu verbessern, und stellt eine Gussform zur Verfügung, bei der ein Entfernen eines Produkts aus der Gussform erleichtert ist und die Lebensdauer der Gussform verlängert ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei dem eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Zuführen von mindestens einem von Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal und Wolfram zu dem Kohlenstofffilm und Erwärmen des Kohlenstofffilms auf 400°C oder mehr unter einer inerten Atmosphäre, um dadurch einen Beschichtungsfilm auf der Gussform auszubilden.
Gemäß dem ersten Aspekt kann der Kohlenstofffilm amorpher Kohlenstoff sein.
Gemäß dem ersten Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch ein Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200°C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms einschließen.
Gemäß dem ersten Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch ein Reinigen des Beschichtungsfilms mit Ultraschall (Ultraschallwellen) in einem Öl nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms einschließen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird bei einer Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, der Kohlenstofffilm durch das Oberflächenbehandlungsverfahren des ersten Aspekts ausgebildet.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform, bei der eine Oberfläche mit einem Stickstofffilm beschichtet ist, wobei der Stickstofffilm mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Zuführen von mindestens einem von Titan, Zirkonium und Niob zu dem Kohlenstofffilm und Erwärmen des Kohlenstofffilms auf 400 °C oder mehr unter einer inerten Atmosphäre, wodurch ein Beschichtungsfilm auf der Gussform ausgebildet wird.
Gemäß dem dritten Aspekt kann der Kohlenstofffilm amorpher Kohlenstoff sein.
Gemäß dem dritten Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch ein Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200 °C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms einschließen.
Gemäß dem dritten Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch ein Reinigen des Beschichtungsfilms mit Ultraschall (Ultraschallwellen) in einem Öl nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms einschließen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird bei einer Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, der Kohlenstofffilm durch das Oberflächenbehandlungsverfahren des dritten Aspekts ausgebildet.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei dem eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Stickstofffilm beschichtet ist, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Zuführen von mindestens einem von Titan, Zirkonium und Niob zu dem Stickstofffilm und Erwärmen des Stickstofffilms auf 400 °C oder mehr unter einer inerten Atmosphäre, wodurch ein Beschichtungsfilm auf der Gussform ausgebildet wird.
Gemäß dem fünften Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch ein Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200°C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms einschließen.
Gemäß dem fünften Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch ein Reinigen des Beschichtungsfilms mit Ultraschall (Ultraschallwellen) in einem Öl nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms einschließen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird bei einer Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Stickstofffilm beschichtet ist, der Stickstofffilm durch Anwenden des Oberflächenbehandlungsverfahrens des fünften Aspekts ausgebildet.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei dem eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Kohlenstofffilm aus amorphem Kohlenstoff beschichtet ist, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Zuführen einer titanhaltigen Lösung zu dem Kohlenstofffilm und Erwärmen des Kohlenstofffilms auf eine Temperatur, die es ermöglicht, dass die Lösung einer Reduktionsreaktion unterliegt, unter einer inerten Atmosphäre, wodurch auf der Gussform ein Beschichtungsfilm ausgebildet wird.
Gemäß dem siebten Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch umfassen: Durchführen einer Differentialthermoanalyse an einer Mischung aus dem Kohlenstofffilm vor einem Erwärmen und der titanhaltigen Lösung unter einer inerten Atmosphäre und Bestimmen eines Temperaturbereichs, der es ermöglicht, dass die titanhaltige Lösung einer Reduktionsreaktion unterliegt, basierend auf den Ergebnissen der Differentialthermoanalyse. Die Temperatur, die es ermöglicht, dass die titanhaltige Lösung einer Reduktionsreaktion unter der inerten Atmosphäre unterliegt, kann eine Temperatur innerhalb eines Bereichs des bestimmten Temperaturbereichs sein.
Gemäß dem siebten Aspekt kann das Oberflächenbehandlungsverfahren auch ein Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200 °C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms einschließen.
Gemäß dem siebten Aspekt wird der Beschichtungsfilm nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms mit Ultraschall (Ultraschallwellen) in einem Öl gereinigt.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung wird bei einer Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Kohlenstofffilm aus amorphem Kohlenstoff beschichtet ist, der Kohlenstofffilm durch das Oberflächenbehandlungsverfahren des siebten Aspekts ausgebildet.
Die Oberflächenbehandlungsverfahren des ersten, dritten, fünften und siebten Aspekts der Erfindung erzeugen Effekte, die in der Lage sind, das Auftreten einer anfänglichen Ablösung zwischen dem Beschichtungsfilm und der Gussform zu unterdrücken, und in der Lage sind, die Fluidität im Hinblick auf geschmolzenes Aluminium zu verbessern. Ferner treten bei der Gussform gemäß dem zweiten, vierten, sechsten und achten Aspekt der Erfindung Effekte auf, die in der Lage sind, das Entfernen eines Produkts aus der Gussform zu erleichtern und die Lebensdauer der Gussform zu verlängern.
Figurenliste
Nachfolgend werden unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen gleichartige Elemente mit denselben Ziffern bezeichnet sind, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei:

1 eine erläuternde Abbildung ist, die den Ablauf eines Oberflächenbehandlungsverfahrens einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufzeigt;
2 eine erläuternde Ansicht ist, die die Inhalte eines Tests der Fluidität aufzeigt;
3 eine erläuternde Ansicht ist, die den Ablauf eines Oberflächenbehandlungsverfahrens einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aufzeigt;
4 eine erläuternde Ansicht ist, die den Ablauf eines Oberflächenbehandlungsverfahrens einer dritten Ausführungsform der Erfindung aufzeigt;
5 eine erläuternde Ansicht ist, die den Ablauf eines Oberflächenbehandlungsverfahrens einer vierten Ausführungsform der Erfindung aufzeigt;
6 eine Ansicht ist, die die Ergebnisse aufzeigt, die erhalten werden beim Durchführen einer Differentialthermoanalyse unter einer inerten Atmosphäre an einer Mischung aus einem Kohlenstofffilm vor einem Erwärmen und Titan-i-propoxyoctylenglycolat (welches nachfolgend als „TOG“ bezeichnet wird);
7 ein schematisches Diagramm einer Reibungs- und Abnutzungstestvorrichtung ist;
8 eine Ansicht ist, die die Ergebnisse der Messung der Gleitwege eines Teststücks der vierten Ausführungsform der Erfindung und eines Vergleichsteststücks aufzeigt;
9 eine Darstellung ist, die die Abnutzungsbeständigkeiten des Teststücks der vierten Ausführungsform der Erfindung und des Vergleichsteststücks aufzeigt; und
10 eine Darstellung ist, die die Ergebnisse aufzeigt, die erhalten werden beim Durchführen einer Differentialthermoanalyse unter einer Luftatmosphäre an einer Mischung aus einem Kohlenstofffilm vor einem Erwärmen und TOG.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIGUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Oberflächenbehandlungsverfahren entsprechend der Ausführungsformen der Erfindungen umfasst: das Zuführen von Titan oder dergleichen zu einer Gussform, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm (oder einem Stickstofffilm) beschichtet ist, und Durchführen einer Erwärmungsbehandlung unter der Bedingung einer vorgeschriebenen Temperatur. Als Folge davon ist es möglich, einen Beschichtungsfilm auszubilden, der in der Lage ist, das Auftreten des anfänglichen Ablösens zwischen dem Beschichtungsfilm und der Gussform zu unterdrücken, und in der Lage ist, die Fluidität zu verbessern. Darüber hinaus wird bei der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ein Bereich, der mit einem Kohlenstofffilm oder dergleichen beschichtet ist, als ein Beschichtungsbereich definiert.
Nachfolgend wird ein Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 1 aufgezeigt, ist die erste Ausführungsform ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf einer Gussform, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist.
Als erstes wird eine Gussform 10 beschrieben.
Die Gussform 10 ist eine Form zum Gießen, die im Wesentlichen als ein rechteckiges Parallelepiped ausgebildet ist und die aus Eisen geformt ist. Die Gussform 10 ist auf einer Oberfläche (die Oberseite der Gussform 10 in 1) mit einem Kohlenstofffilm 11 beschichtet. Die Gussform 10 wird bspw. in einem Ofen unter einer inerten Gasatmosphäre (wie Stickstoffgas) gegeben und wird auf eine vorgeschriebene Temperatur erwärmt. Bei diesem Schritt wird ein aktives Gas (wie Acetylengas) in den Ofen zugeführt, so dass die Oberfläche der Gussform 10 mit dem Kohlenstofffilm 11 beschichtet wird.
In der ersten Ausführungsform ist der Kohlenstofffilm 11 eine Kohlenstoffnanofaser.
Es wird dann eine Beschreibung des Ablaufs des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform gegeben.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform wird zuerst TOG mittels einer Bürste auf den Kohlenstofffilm 11 aufgebracht, um dadurch Titan dem Kohlenstofffilm 11 zuzuführen.
Nach dem Zuführen von Titan wird die Gussform 10 unter einer inerten Atmosphäre in einen Ofen gegeben (z.B. in einen Ofen unter einer Stickstoffgasatmosphäre) und wird die Temperatur im Ofen auf 500 °C eingestellt. Das heißt, der Kohlenstofffilm 11 wird unter einer inerten Atmosphäre auf 500 °C erwärmt.
Als Folge davon wird auf der Gussform 10 ein Beschichtungsfilm 12 ausgebildet (siehe die in der Mitte der 1 gezeigte Gussform 10). Mit anderen Worten, in der ersten Ausführungsform entspricht der Kohlenstofffilm 11 nach dem Erwärmen dem Beschichtungsfilm 12.
Während des Erwärmens wandert viel Titan in die Hohlräume (bzw. Poren) auf der Gussformseite des Kohlenstofffilms 11 (der Unterseite des Kohlenstofffilms 11 in 1). Das heißt, der Kohlenstofffilm 12 wird verdichtet und wird auf der Gussformseite 12a in einen stabilen Zustand gebracht.
Als Folge davon kann durch das Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bei dem ersten oder zweiten Gießvorgang verhindert werden, dass sich die Gussformseite 12a des Beschichtungsfilms 12 von der Gussform 10 ablöst. Mit anderen Worten, es ist möglich, das Auftreten des anfänglichen Ablösens zwischen dem Beschichtungsfilm und der Gussform zu unterdrücken.
Demgegenüber wandert nicht viel Titan während des Erwärmens in die Hohlräume auf der Oberflächenseite des Kohlenstofffilms 11 (die Oberseite des Kohlenstofffilms 11 in 1). Das heißt, der Beschichtungsfilm 12 wird auf der Oberflächenseite in einen schwachen Zustand gebracht. Nachfolgend wird ein solcher Abschnitt des Beschichtungsfilms 12, der in einen schwachen Zustand gebracht wurde, als eine „schwache Schicht 12b“ bezeichnet.
Hierbei wird TOG auf den Kohlenstofffilm 11 aufgebracht, was dazu führt, dass ein Teil des TOG in Form einer Schicht auf den Kohlenstofffilm 12 abgeschieden wird. Nachfolgend wird eine derartige abgeschiedene Schicht auf den Kohlenstofffilm 12 als ein „überschüssiger Beschichtungsfilm 12c“ bezeichnet.
Wenn der auf 500°C erwärmte Beschichtungsfilm 12 unter einer Luftatmosphäre abgekühlt wird, findet bei Temperaturen von ungefähr 240°C oder höher in dem Beschichtungsfilm 12 eine Oxidation statt. Somit wird bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms 12 die Temperatur in dem Ofen auf 200°C eingestellt und wird der Beschichtungsfilm 12 unter einer inerten Atmosphäre auf 200°C gekühlt.
Als Folge davon ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform möglich, das Auftreten einer Oxidation des Beschichtungsfilms 12 zu unterdrücken. Aus diesem Grund ist es möglich, die Bindungskraft des Beschichtungsfilms 12 zu verbessern. Es ist ferner möglich, das Auftreten einer Wasserstoffversprödung zwischen der Gussform 10 und dem Beschichtungsfilm 12 unter dem Einfluss vom durch Oxidation gebildetem Wasserstoff zu unterdrücken. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Dauerhaftigkeit des Beschichtungsfilms 12 zu verbessern.
Nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms 12 bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform in dem Ofen unter einer inerten Atmosphäre wird die Gussform 10 in einen Behälter gegeben, welcher ein Öl enthält. Dann wird mittels eines Diaphragmas zur Erzeugung von Ultraschallwellen oder dergleichen der Beschichtungsfilm 12 mit Ultraschall bestrahlt.
Die schwache Schicht 12b und der überschüssige Beschichtungsfilm 12c sind jeweils hinsichtlich der Bindungskraft schwach und werden somit bei diesem Schritt durch eine durch die Ultraschallwellen verursachte Kavitation von der Gussform 10 abgelöst (siehe die auf der unteren Seite der 1 gezeigte Gussform 10). Demgegenüber ist die Gussformseite 12a des Beschichtungsfilms 12 hinsichtlich der Bindungskraft stark (wurde verbessert) und wird somit nicht von der Gussform 10 abgelöst.
Das heißt, der Beschichtungsfilm 12 wird in einem Öl mittels Ultraschall gereinigt, wodurch die schwache Schicht 12b und der überschüssige Beschichtungsfilm 12c entfernt werden.
Als Folge davon ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform möglich, lediglich den Anteil (die Gussformseite 12a) des Beschichtungsfilms 12 zu belassen, der eine starke Bindungskraft aufweist. Mit anderen Worten, der Beschichtungsfilm 12 kann dünn ausgeführt werden und der gesamte Beschichtungsfilm 12 kann in einem dichten Zustand bereitgestellt werden. Aus diesen Gründen kann der Beschichtungsfilm 12 stabilisiert werden. Es ist ferner möglich, das Auftreten der folgenden Situation zu unterdrücken: die schwache Schicht 12b und der überschüssige Beschichtungsfilm 12c werden während des Gießvorgangs in dem geschmolzenen Metall eingefangen, so dass die schwache Schicht 12b und der überschüssige Beschichtungsfilm 12c als Fremdmaterialien in ein Produkt gemischt werden.
Nachfolgend wird eine Beschreibung der Ergebnisse eines Tests der Fluidität eines Teststücks TP1 (siehe 2), welches den unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten Beschichtungsfilm 12 einschließt, gegeben.
Bei dem Test wird auf einer Gussform mit derselben Gestalt wie der der Gussform 10 der ersten Ausführungsform ein Kohlenstofffilm ausgebildet, der entsprechend der Technologie des Stands der Technik durch Fulleren verstärkt ist. Als Folge davon wurde ein Vergleichsteststück hergestellt.
Bei dem Test wurde, wie in 2 gezeigt, das Teststück in Bezug auf die horizontale Ebene um 25° geneigt. Auf die Oberflächen des Teststücks TP1 gemäß der ersten Ausführungsform und des Vergleichsteststücks wurde bei einer vorgeschriebenen Temperatur geschmolzenes Aluminium Y gegossen.
Auf der Oberfläche des Vergleichsteststücks blieb nach dem Test etwas des geschmolzenen Aluminiums Y als ein Rest zurück. Auf der Oberfläche des Teststücks TP1 gemäß der ersten Ausführungsform blieb demgegenüber nach dem Test kein derartiger Rückstand zurück. Ferner wurde das geschmolzene Aluminium Y, welches auf der Oberfläche des Teststücks TP1 gemäß der ersten Ausführungsform floss, weiter in Richtung der stromabwärts liegenden Seite der Fließrichtung (der linken Seite in 2) verstreut als bei dem Vergleichsteststück.
Somit ist die Fluidität des Teststücks TP1 gemäß der ersten Ausführungsform besser als die Fluidität des Vergleichsteststücks.
In dem Test wurde darüber hinaus die Abwärtsfließgeschwindigkeit (oder Abwärtsfließrate) des geschmolzenen Aluminiums Y als die Fließfähigkeit oder den Schmelzflussindex (melt flow rate) gemessen. Die Fließfähigkeit fungiert als eine Kennziffer, die die Fluidität kennzeichnet. Die Fließfähigkeit des Teststücks TP1 gemäß der ersten Ausführungsform war eine Geschwindigkeit, die 10-mal schneller war als die Fließfähigkeit des Vergleichsteststücks.
Bis zu diesem Punkt zeigen die Testergebnisse folgendes auf: In dem Fall, bei dem der Beschichtungsfilm 12 unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wurde, ist es möglich, die Fluidität für geschmolzenes Aluminium in großem Maße zu verbessern.
Dies begründet sich in der Tatsache, dass während des Erwärmens Titan und Kohlenstoff im Inneren des Beschichtungsfilms 12 sich unter Bildung von Titancarbid vereinigen, welches einen großen Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium aufweist.
Das heißt, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform führt eine Wärmebehandlung zu dem Auftreten von Titancarbid im Inneren des Beschichtungsfilms 12. Dies macht den Beschichtungsfilm 12 weniger leicht benetzbar mit geschmolzenem Aluminium, was zu einer Verbesserung der Fluidität in Bezug auf geschmolzenes Aluminium führt.
Dies führt dazu, dass die Gussform 10 (Form) auf welcher der Beschichtungsfilm 12 ausgebildet ist, hinsichtlich der Fluidität gut ist. Es ist demgemäß möglich, das Auftreten von Hohlräumen und ein unzureichendes Füllen zu unterdrücken, und es ist möglich, die Gestalt der Hohlraumoberfläche präzise zu übertragen. Mit anderen Worten, durch die Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ist es möglich, die Gussqualität zu verbessern.
Im Fall einer Gussform 10, bei der die Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm aus einer Kohlenstoffnanofaser beschichtet ist, kann bei der ersten Ausführungsform, wenn TOG auf den Kohlenstofffilm 11 aufgebracht wird, die Lösung (Titan) in dem Kohlenstofffilm 11 gehalten werden. Durch die Anwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ist es aus diesem Grund möglich, die Vereinigung zwischen Titan und Kohlenstoff während des Erwärmens zu fördern.
Somit kann hinsichtlich der Möglichkeit einer Förderung der Vereinigung zwischen Titan und Kohlenstoff der Kohlenstofffilm 11 ein Kohlenstofffilm aus amorphem Kohlenstoff sein. Ein derartiger amorpher Kohlenstoff umfasst eine Kohlenstoffnanofaser, diamantartigen Kohlenstoff (diamond-like carbon DLC) oder dergleichen. Hinsichtlich der Möglichkeit einer weitergehenderen Förderung der Vereinigung zwischen Titan und Kohlenstoff kann der Kohlenstofffilm 11 ferner ein Kohlenstofffilm aus Kohlenstoffnanofaser sein.
Bei dem Test in Bezug auf die Fluidität wurde eine Bewertung auch durchgeführt hinsichtlich der Fluidität des Teststücks, welches einen Beschichtungsfilm umfasst, der ausgebildet wurde durch Zuführen von Zirkonium oder Niob zu dem Kohlenstofffilm 11 entsprechend demselben Ablauf wie bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform (siehe 1 und 2).
Bei dem Test wurden Octoxytridecoxyzirkonium bzw. Niobpentoxid auf die Kohlenstofffilme 11 verschiedener Gussformen 10 aufgebracht. Auf diese Weise wurde den Kohlenstofffilmen 11 Zirkonium bzw. Niob zugeführt.
Die Fließfähigkeiten der Teststücke, bei denen Zirkonium bzw. Niob zugeführt wurden, waren hinsichtlich der Geschwindigkeit jeweils 10-mal schneller als die Fließfähigkeit des Vergleichsteststücks.
Dies ist im Folgenden begründet: Während des Erwärmens vereinigten sich innerhalb des Beschichtungsfilms Zirkonium oder Niob mit Kohlenstoff unter Ausbildung von Zirkoniumcarbid oder Niobcarbid, welche einen großen Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium aufweisen.
Die Testergebnisse bis zu diesem Punkt zeigen an, dass wünschenswerterweise diejenigen dem Kohlenstofffilm 11 zugeführt werden können, die, wenn sie mit Kohlenstoff vereinigt werden, einen großen Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium aufweisen.
Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt jeweils den Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium im Vakuum. Tabelle 1

Kontaktwinkel (°) wenn mit Kohlenstoff vereinigt

Titan 148

Zirkonium 150

Niob 136

Vanadium 130

Hafnium 148

Tantal 145

Wolfram 135
Wie aus der Tabelle 1 auch ersichtlich ist, kann dem Kohlenstofffilm 11 wünschenswerterweise Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal, Wolfram oder dergleichen zugeführt werden.
Im Speziellen kann dem Kohlenstofffilm 11 wünschenswerterweise mindestens eines zugeführt werden von Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal, Wolfram und dergleichen. Daher ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform akzeptabel, dass dem Kohlenstofffilm 11 eines von Titan, Zirkonium und Niob zugeführt wird.
Auch in diesem Fall ist es mittels Durchführen eines Erwärmens, Abkühlens und Reinigens in dem vorherigen Ablauf möglich, dieselben Effekte zu erhalten wie die der ersten Ausführungsform (siehe 1).
Bei dem Test der Fließfähigkeit wurden zur Bewertung der Fließfähigkeiten verschiedene Lösungen (TOG und Tetrakis(2-ethylhexyloxy)titan, Nioboxid und Niobpentoxid (Nanoteilchen)) auf die Kohlenstofffilme 11 von verschiedenen Gussformen 10 aufgebracht.

Anhand der bisherigen Beschreibung wird aufgezeigt, dass die auf dem Kohlenstofffilm 11 aufzubringenden Lösungen wünschenswerterweise Lösungen sein können, die Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal, Wolfram oder dergleichen enthalten. Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt die auf den Kohlenstofffilm 11 aufgebrachten Lösungen. Der Einfachheit halber zeigt Tabelle 2 hierbei Lösungen, welche Titan, Zirkonium oder Niob enthalten. Tabelle 2

Beschichtungslösungen
Titan-Serie	Tetra-i-propoxytitan
	Tetra-n-butoxytitan
	Tetrakis(2-ethylhexyloxy)titan
	TOG
	Di-i-propoxy-bis(acetylacetonato)titan
Zirconium-Serie	Tetra-n-butoxyzirconium
	Octoxytridecoxyzirconium
	Monobutoxyzirconium-(IV)-tri-i-stearat
Niob-Serie	Niobpentoxid
	Niobpentoxid (Nanoteilchen)

Dabei ist bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform nicht notwendigerweise erforderlich die Lösungen aufzubringen, um Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal, Wolfram oder dergleichen zuzuführen. Es ist nämlich akzeptabel, dass dem Kohlenstofffilm ein Pulver aus Titan oder dergleichen zugeführt wird.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform ist es ferner nicht notwendigerweise erforderlich, dass der Kohlenstofffilm auf 400°C erwärmt wird. Das heißt, der Kohlenstofffilm kann wünschenswerterweise auf eine Temperatur erwärmt werden, die ausreichend ist, um Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal, Wolfram oder dergleichen mit Kohlenstoff zu vereinigen. Im Speziellen kann der Kohlenstofffilm wünschenswerterweise unter einer inerten Atmosphäre auf 400 °C oder mehr erwärmt werden.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung von einem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform gegeben.
Wie in 3 gezeigt, ist die zweite Ausführungsform ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf einer Gussform, bei der die Oberfläche mit einem Stickstofffilm beschichtet ist, und bei dem der Stickstofffilm mit einem Kohlenstofffilm beschichtet wird.
Die Gussform 20 ist eine Form zum Gießen, die im Wesentlichen als ein rechteckiges Parallelepiped ausgeformt ist und die aus Eisen geformt ist. Die Gussform 20 ist auf deren Oberfläche (die Oberseite der Gussform 20 in 3) mit einem Stickstofffilm 21 beschichtet, und der Stickstofffilm 21 ist mit einem Kohlenstofffilm 22 beschichtet. Mit anderen Worten, der Stickstofffilm 21 ist zwischen der Gussform 20 und dem Kohlenstofffilm 22 angeordnet. Der Stickstofffilm 21 und der Kohlenstofffilm 22 bilden einen Beschichtungsbereich.
In der zweiten Ausführungsform ist der Kohlenstofffilm 22 eine Kohlenstoffnanofaser.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung des Ablaufs eines Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform gegeben.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform wird zuerst TOG mittels einer Bürste auf den Kohlenstofffilm 22 aufgebracht, um dadurch dem Kohlenstofffilm 22 Titan zuzuführen. Der Kohlenstofffilm 22 wird unter einer inerten Atmosphäre auf 500°C erwärmt.
Als Folge davon wird auf der Gussform 20 ein Beschichtungsfilm 23 ausgebildet (siehe die in der Mitte der 3 gezeigte Gussform 20). Bei der zweiten Ausführungsform entspricht der Kohlenstofffilm 22, der an der obersten Oberflächenseite des Beschichtungsbereichs angeordnet ist, dem Beschichtungsfilm 23.
In die Hohlräume des Kohlenstofffilms 22 an der Gussformseite (die Unterseite des Kohlenstofffilms 22 in 3) dringt durch das Erwärmen viel Titan ein. Das heißt, der Beschichtungsfilm 23 wird verdichtet und wird auf der Gussformseite 23a in einen stabilen Zustand gebracht.
Als Folge des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, das Auftreten des anfänglichen Ablösens zwischen dem Beschichtungsfilm und der Gussform zu unterdrücken.
Demgegenüber dringt in die Hohlräume des Kohlenstofffilms 22 auf der Oberflächenseite (die Oberseite des Kohlenstofffilms 22 in 3) während des Erwärmens nicht viel Titan ein. Das heißt, die Oberflächenseite des Beschichtungsfilms 23 wird als eine schwache Schicht 23b ausgebildet.
Auf dem Kohlenstofffilm 22 wird ferner TOG aufgebracht. Als Folge davon wird auf dem Beschichtungsfilm 23 ein überschüssiger Beschichtungsfilm 23c ausgebildet.
Nach der Bildung des Beschichtungsfilms 23 wird bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform entsprechend demselben Ablauf wie dem des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der Beschichtungsfilm 23 unter einer inerten Atmosphäre auf 200 °C abgekühlt.
Als Folge davon ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, den Vorgang einer Oxidation des Beschichtungsfilms 23 zu unterdrücken. Demgemäß ist es möglich, die Bindungskraft und die Dauerhaftigkeit des Beschichtungsfilms 23 zu verbessern.
Nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms 23 wird bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform entsprechend demselben Ablauf wie dem des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der Beschichtungsfilm 23 mittels Ultraschall in einem Öl gereinigt, wodurch die schwache Schicht 23b und der überschüssige Beschichtungsfilm 23c entfernt werden (siehe die im unteren Teil der 3 gezeigte Gussform 20).
Als Folge davon ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, lediglich den Teil (die Gussformseite 23a) des Beschichtungsfilms 23 zurück zu lassen, der eine starke Bindungskraft aufweist. Aus diesem Grund kann der Beschichtungsfilm 23 stabilisiert werden. Es ist ferner möglich, das Auftreten einer Situation zu unterdrücken, bei der während des Gießvorgangs die schwache Schicht 23b und der überschüssige Beschichtungsfilm 23c als Fremdmaterialien in ein Produkt vermischt werden.
Wie oben beschrieben, dringt viel Titan in die Gussformseite des Kohlenstofffilms 22 ein. Aus diesem Grund vereinigen sich während des Erwärmens Titan und Kohlenstoff und vereinigen sich Titan und Stickstoff. Mit anderen Worten, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform werden durch eine Wärmebehandlung im Inneren des Beschichtungsfilms 23 Titancarbid und Titannitrid gebildet. Titannitrid weist einen größeren Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium auf als Titancarbid.
Das heißt, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform führt die Wärmebehandlung zu einem Auftreten von Titancarbid und Titannitrid im Inneren des Beschichtungsfilms 23. Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass der Beschichtungsfilm 23 mit geschmolzenem Aluminium benetzt wird als der Beschichtungsfilm 12 der ersten Ausführungsform.
Wenn der Beschichtungsfilm 23 unter Anwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet wird, kann daher die Fluidität in Bezug auf geschmolzenes Aluminium weiter verbessert werden im Vergleich mit dem Beschichtungsfilm 12, der unter Anwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wurde. Mit anderen Worten, das Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Gussqualität weiter verbessern.
Bei der zweiten Ausführungsform kann in dem Fall der Gussform 20, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm aus einer Kohlenstoffnanofaser beschichtet ist, beim Aufbringen von TOG auf den Kohlenstofffilm 22 die Lösung (Titan) in dem Kohlenstofffilm 22 gehalten werden. Aus diesem Grund ist es möglich, die Vereinigung zwischen Titan und Kohlenstoff während des Erwärmens zu fördern.
Das heißt, hinsichtlich der Möglichkeit einer Förderung der Vereinigung zwischen Titan und Kohlenstoff kann der Kohlenstofffilm 22 amorpher Kohlenstoff sein. Ein derartiger amorpher Kohlenstoff umfasst eine Kohlenstoffnanofaser, DLC oder dergleichen. Hinsichtlich der Möglichkeit einer weitergehenderen Förderung der Vereinigung zwischen Titan und Kohlenstoff kann der Kohlenstofffilm 22 ferner eine Kohlenstoffnanofaser sein.
Hierbei können wünschenswerterweise diejenigen dem Kohlenstofffilm 22 zugeführt werden, die, wenn sie mit Stickstoff bzw. Kohlenstoff vereinigt werden, einen großen Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium aufweisen.
Die nachfolgende Tabelle 3 zeigt jeweils den Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium im Vakuum. Tabelle 3

Kontaktwinkel (°) wenn mit Kohlenstoff vereinigt Kontaktwinkel (°) wenn mit Stickstoff vereinigt

Titan 148 166

Zirkonium 150 167

Niob 136 156
Wie aus der Tabelle 3 ebenfalls offensichtlich wird, kann dem Kohlenstofffilm 22 wünschenswerterweise Titan, Zirkonium, Niob oder dergleichen zugeführt werden.
Im Speziellen kann dem Kohlenstofffilm 22 wünschenswerterweise mindestens eines von Titan, Zirkonium, Niob und dergleichen zugeführt werden. Daher ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform akzeptabel, dass dem Kohlenstofffilm 22 mindestens eines von Titan, Zirkonium und Niob zugeführt wird.
Auch in diesem Fall ist es möglich, über ein Durchführen des Erwärmens, Abkühlens und Reinigens in dem zuvor beschriebenen Ablauf dieselben Effekte zu erhalten wie diejenigen der zweiten Ausführungsform (siehe 3).
Die auf dem Kohlenstofffilm 22 zu beschichtenden Lösungen können wünschenswerte Lösungen sein, die Titan, Zirkonium, Niob oder dergleichen enthalten. Solche Lösungen umfassen Lösungen, wie sie in Tabelle 2 aufgezeigt sind oder dergleichen
Dabei ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform nicht notwendigerweise erforderlich, dass zum Zuführen von Titan, Zirkonium, Niob oder dergleichen Lösungen aufgebracht werden. Es ist nämlich akzeptabel, dass dem Kohlenstofffilm ein Pulver aus Titan oder dergleichen zugeführt wird.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform ist es ferner nicht notwendigerweise erforderlich, dass der Kohlenstofffilm auf 400°C erwärmt wird. Das heißt, der Kohlenstofffilm kann wünschenswerterweise auf eine Temperatur erwärmt werden, die ausreichend ist, um eine Vereinigung von Titan, Zirkonium, Niob oder dergleichen mit Stickstoff oder Kohlenstoff zu ermöglichen. Im Speziellen kann der Kohlenstofffilm unter einer inerten Atmosphäre wünschenswerterweise auf 400°C oder mehr erwärmt werden.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung eines Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform gegeben.
Wie in 4 gezeigt, ist die dritte Ausführungsform ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform, die auf der obersten Oberfläche eines Beschichtungsbereichs mit einem Stickstofffilm beschichtet ist.
Die Gussform 30 der dritten Ausführungsform ist eine Form zum Gießen, die im Wesentlichen als rechteckiges Parallelepiped ausgebildet ist und die aus Eisen geformt ist. Die Gussform 30 ist auf deren Oberfläche (die Oberfläche der Gussform 30 in 4) mit einem Kohlenstofffilm 31 beschichtet, und der Kohlenstofffilm 31 ist mit einem Stickstofffilm 32 beschichtet. Mit anderen Worten, der Stickstofffilm 32 ist an der obersten Oberflächenseite in Bezug auf die Gussform 30, den Kohlenstofffilm 31 und den Stickstofffilm 32 angeordnet. Das heißt, die Gussform 30 ist an der obersten Oberfläche des Beschichtungsbereichs (die oberste Seite in 4) mit dem Stickstofffilm 32 beschichtet.
Dabei kann die Gussform wünschenswerterweise an der obersten Oberflächenseite des Beschichtungsbereichs mit einem Stickstofffilm beschichtet sein. Das heißt, die Gussform kann wünschenswerterweise bspw. eine Gussform sein, die lediglich mit einem Stickstofffilm oberflächenbeschichtet ist. Alternativ dazu kann die Gussform auch wünschenswerterweise eine Gussform sein, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, wobei der Kohlenstofffilm mit einem Stickstofffilm beschichtet ist, wie in 3 gezeigt.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung des Ablaufs eines Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform gegeben.
Als erstes wird mittels des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform TOG mittels einer Bürste auf den Stickstofffilm 32 aufgebracht, um dadurch dem Stickstofffilm 32 Titan zuzuführen. Der Stickstofffilm 32 wird unter einer inerten Atmosphäre auf 500 °C erwärmt.
Als Folge davon wird auf der Gussform 30 ein Beschichtungsfilm 33 ausgebildet (siehe die in der Mitte von 4 gezeigte Gussform 30). In der dritten Ausführungsform entspricht der Stickstofffilm 32, der an der obersten Oberflächenseite des Beschichtungsbereichs angeordnet ist, dem Beschichtungsfilm 33.
In die Hohlräume auf der Oberflächenseite des Stickstofffilms 32 (die Oberseite des Stickstofffilms 32 in 4) dringt durch das Erwärmen viel Titan ein. Das heißt, der Beschichtungsfilm 33 wird verdichtet und wird auf der Oberflächenseite 33b in einen stabilen Zustand gebracht.
Ferner wird auf dem Stickstofffilm 32 TOG aufgebracht. Als Folge davon bildet sich in dem Beschichtungsfilm 33 ein überschüssiger Beschichtungsfilm 33c.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform wird nach der Bildung des Beschichtungsfilms 33 entsprechend demselben Ablauf wie bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Beschichtungsfilm 33 unter einer inerten Atmosphäre auf 200 °C gekühlt.
Als Folge davon ist es mit dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform möglich, den Vorgang der Oxidation des Beschichtungsfilms 33 zu unterdrücken. Demgemäß ist es möglich, die Bindungskraft und die Dauerhaftigkeit des Beschichtungsfilms 33 zu verbessern.
Nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms 33 wird bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform entsprechend demselben Ablauf wie bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Beschichtungsfilm 33 mittels Ultraschall in einem Öl gereinigt, wodurch der überschüssige Beschichtungsfilm 33c entfernt wird (siehe die im unteren Bereich von 4 gezeigte Gussform 30).
Als Folge davon ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform möglich, lediglich die Abschnitte (die Gussformseite 33a und die Oberflächenseite 33b) des Beschichtungsfilms 33 zurück zu lassen, die eine starke Bindungskraft aufweisen. Aus diesem Grund kann der Beschichtungsfilm 33 stabilisiert werden. Es ist ferner möglich, das Auftreten einer Situation zu unterdrücken, bei der während eines Gießvorgangs der überschüssige Beschichtungsfilm 33c als Fremdmaterial in ein Produkt vermischt wird.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform vereinigen sich im Inneren des Beschichtungsfilms 33 durch eine Wärmebehandlung Titan und Stickstoff unter Ausbildung von Titannitrid. Wie oben beschrieben, weist Titannitrid einen größeren Kontaktwinkel hinsichtlich geschmolzenen Aluminiums auf als Titancarbid.
Das heißt, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform führt die Wärmebehandlung zu der Anwesenheit von Titannitrid im Inneren des Beschichtungsfilms 33. Dies bewirkt, dass der Beschichtungsfilm 33 weniger leicht mit geschmolzenem Aluminium benetzt werden kann als der Beschichtungsfilm 12 der ersten Ausführungsform.
Wenn der Beschichtungsfilm 33 unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildet wird, kann daher die Fluidität für geschmolzenes Aluminium weiter verbessert werden als wenn der Beschichtungsfilm 12 unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird. Mit anderen Worten, das Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform kann die Gussqualität weiter verbessern.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform wird ferner die Gussform 30 verwendet, bei der auf der obersten Oberflächenseite des Beschichtungsbereichs der Stickstofffilm 32 aufbeschichtet ist (die oberste Oberflächenseite ist nicht mit einem Kohlenstofffilm beschichtet). Aus diesem Grund ist es möglich, das Auftreten des anfänglichen Ablösens zu unterdrücken.
Hierbei können bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform wünschenswerterweise diejenigen dem Stickstofffilm 32 zugeführt werden, die, wenn sie mit Stickstoff vereinigt sind, einen großen Kontaktwinkel in Bezug auf geschmolzenes Aluminium aufweisen. Das heißt, dem Stickstofffilm 32 können wünschenswerterweise Titan, Zirkonium, Niob oder dergleichen zugeführt werden (siehe die Kontaktwinkel bei einer Vereinigung mit Stickstoff in der Tabelle 3).
Im Speziellen kann dem Stickstofffilm 32 wünschenswerterweise mindestens eines von Titan, Zirkonium, Niob und dergleichen zugeführt werden. Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform ist es daher akzeptabel, dass dem Stickstofffilm 32 mindestens eines von Titan, Zirkonium und Niob zugeführt wird.
Auch in diesem Fall ist es möglich, mittels Durchführen des Erwärmens, Abkühlens und Reinigens in dem zuvor beschriebenen Ablauf dieselben Effekte wie bei der dritten Ausführungsform zu erhalten (siehe 4).
Dabei können die auf dem Stickstofffilm 32 aufzubringenden Lösungen wünschenswerterweise Lösungen sein, die Titan, Zirkonium, Niob oder dergleichen enthalten. Solche Lösungen umfassen die in Tabelle 2 aufgezeigten Lösungen und dergleichen
Dabei ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform nicht notwendigerweise erforderlich, dass zum Zuführen von Titan, Zirkonium, Niob oder dergleichen Lösungen aufgebracht werden. Es ist nämlich akzeptabel, dass dem Stickstofffilm ein Pulver aus Titan oder dergleichen zugeführt wird.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform ist es ferner nicht notwendigerweise erforderlich, dass der Stickstofffilm auf 400°C erwärmt wird. Das heißt, der Stickstofffilm kann wünschenswerterweise auf eine Temperatur erwärmt werden, die ausreichend ist, um dem Titan, Zirkonium, Niob und dergleichen eine Vereinigung mit Stickstoff zu ermöglichen. Im Speziellen kann der Stickstofffilm unter einer inerten Atmosphäre wünschenswerterweise auf 400°C oder mehr erwärmt werden.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung eines Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform gegeben.
Wie in 5 gezeigt, ist die vierte Ausführungsform ein Oberflächenbehandlungsverfahren auf einer Gussform, bei der ein Kohlenstofffilm aus amorphem Kohlenstoff auf die oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs beschichtet ist.
Für die Gussform 40 der vierten Ausführungsform wird eine Gussform derselben Konfiguration wie bei der ersten Ausführungsform (siehe 1) verwendet. Das heißt, die Gussform 40 ist auf der obersten Oberflächenseite des Beschichtungsbereichs (der Oberseite der 5) mit dem Kohlenstofffilm 41 beschichtet.
Dabei kann die Gussform wünschenswerterweise auf der obersten Oberflächenseite des Beschichtungsbereichs mit einem Kohlenstofffilm beschichtet sein. Das heißt, die Gussform kann wünschenswerterweise bspw. eine Gussform sein, bei der wie in 5 gezeigt, die Oberfläche nur mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist. Alternativ dazu kann die Gussform wünschenswerterweise auch eine Gussform sein, bei der die Oberfläche mit einem Stickstofffilm beschichtet ist und bei dem der Stickstofffilm mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, wie in 3 gezeigt.
Dabei kann der Kohlenstofffilm wünschenswerterweise amorpher Kohlenstoff sein. Ein derartiger amorpher Kohlenstoff umfasst eine Kohlenstoffnanofaser, DLC oder dergleichen.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung des Ablaufs eines Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform gegeben.
Als erstes wird bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform TOG auf einen Kohlenstofffilm 41, der die Oberfläche der Gussform 40 beschichtet, mittels einer Bürste aufgebracht (zugeführt). Dann wird entsprechend demselben Ablauf wie bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Kohlenstofffilm 41 unter einer inerten Atmosphäre auf 350°C erwärmt.
Mit anderen Worten, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform wird die Wärmebehandlung bei Temperaturbedingungen durchgeführt, die verschieden sind von denen in den Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten bis dritten Ausführungsformen.
Als Folge davon wird auf der Gussform 40 ein Beschichtungsfilm 42 ausgebildet (siehe die in der Mitte der 5 gezeigte Gussform 40). In der vierten Ausführungsform entspricht der Kohlenstofffilm 41 nach dem Erwärmen dem Beschichtungsfilm 42.
Während des Erwärmens dringt viel Titan in die Hohlräume des Kohlenstofffilms 41 auf der Gussformseite ein (der Unterseite des Kohlenstofffilms 41 in 5). Das heißt, der Beschichtungsfilm 42 wird verdichtet und wird auf der Gussformseite 42a in einen stabilen Zustand gebracht.
Als Folge davon ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform möglich, das Auftreten des anfänglichen Ablösens zwischen dem Beschichtungsfilm und der Gussform zu unterdrücken.
Demgegenüber dringt in die Hohlräume an der Oberflächenseite des Kohlenstofffilms 41 (der Oberseite des Kohlenstofffilms 41 in 5) während des Erwärmens nicht viel Titan ein. Das heißt, die Oberflächenseite des Beschichtungsfilms 42 ist als eine schwache Schicht 42b ausgebildet.
Ferner wird als Folge des Aufbringens von TOG auf den Kohlenstofffilm 41 ein überschüssiger Beschichtungsfilm 42c auf dem Beschichtungsfilm 42 ausgebildet.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform wird nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms 42 gemäß demselben Ablauf wie bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Beschichtungsfilm 42 unter einer inerten Atmosphäre auf 200 °C gekühlt.
Als Folge davon ist es mit dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform möglich, den Vorgang der Oxidation des Beschichtungsfilms 42 zu unterdrücken. Demgemäß ist es möglich, die Bindungskraft und die Dauerhaftigkeit des Beschichtungsfilms 42 zu verbessern.
Nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms 42 wird bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform entsprechend demselben Ablauf wie bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Beschichtungsfilm in einem Öl mittels Ultraschall gereinigt, um dadurch die schwache Schicht 42b und den überschüssigen Beschichtungsfilm 42c zu entfernen (siehe die im unteren Bereich der 5 gezeigte Gussform 40).
Als Folge davon ist es bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform möglich, nur den Abschnitt des Beschichtungsfilms 42 zurückzulassen (die Gussformseite 42a) der eine starke Bindungskraft aufweist. Aus diesem Grund kann der Beschichtungsfilm 42 stabilisiert werden. Es ist ferner möglich, das Auftreten einer Situation zu unterdrücken, bei der während eines Gießvorgangs die schwache Schicht 42b und der überschüssige Beschichtungsfilm 42c als Fremdmaterialien in ein Produkt vermischt werden.
Hierbei wurde der Test hinsichtlich der Fluidität entsprechend demselben Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Als Folge davon ergab sich bei der Fließfähigkeit des Teststücks, welches den unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildeten Beschichtungsfilm 42 umfasste, eine ungefähr 5mal höhere Geschwindigkeit als bei der Fließfähigkeit des Vergleichsteststücks (siehe 2).
Mit anderen Worten, wenn der Beschichtungsfilm 42 unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wird, kann die Fluidität hinsichtlich geschmolzenem Aluminium in großem Maße verbessert werden. Als Folge davon kann das Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform die Gussqualität weiter verbessern.

Die nachfolgende Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse einer Röntgenbeugung des Beschichtungsfilms 42 der unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wurde (die Ergebnisse auf der rechten Seite der Tabelle 4) und die Ergebnisse der Röntgenbeugung des Vergleichskohlenstofffilms (die Ergebnisse auf der linken Seite der Tabelle 4). Dabei ist der Vergleichskohlenstofffilm ein Kohlenstofffilm, der erhalten wurde durch lediglich Reinigen eines Kohlenstofffilms aus einer Kohlenstoffnanofaser mittels Ultraschall. Tabelle 4

		Vergleich	Vierte Ausführungsform
Bedingungen	C_n	enthalten	enthalten
	TOG-Anwendung	-	durchgeführt
	Erwärmen in Stickstoffatmosphäre	-	350 °C
	Ultraschallreinigung in Öl	durchgeführt	durchgeführt
Präzipitate	amorphe Komponente	CC	AA
	Fe₃C	BB	-
	FeS	BB	BB
	S	BB	-
	FeTi	-	BB
	V₃O₅	-	BB

In der Tabelle 4 bezeichnen die Angaben -, CC, BB und AA den Grad der Beugungsintensität. Das Zeichen „-“ bedeutet dabei: Die Beugungsintensität war sehr schwach, so dass beurteilt wurde, dass die Zielkomponente in dem Beschichtungsfilm 42 (Kohlenstofffilm) nicht vorhanden war. Die Bezeichnungen „CC“ bedeutet dabei: Die Beugungsintensität war schwach, so dass beurteilt wurde, dass die Zielkomponente in einer geringen Menge in dem Beschichtungsfilm 42 (Kohlenstofffilm) vorhanden war. Die Bezeichnung „BB“ bedeutet dabei: Die Beugungsintensität war mittel, so dass beurteilt wurde, dass die Zielkomponente in einer gewissen Menge in dem Beschichtungsfilm 42 (Kohlenstofffilm) vorhanden war. Die Bezeichnung „AA“ bedeutet dabei: Die Beugungsintensität war stark, so dass beurteilt wurde, dass die Zielkomponente in einer großen Menge in dem Beschichtungsfilm 42 (Kohlenstofffilm) vorhanden war.
Wie aus der Tabelle 4 ferner ersichtlich ist, konnten die kristallinen Komponenten (Zementit (Fe₃C) und Schwefel (S)), die in dem Vergleichskohlenstofffilm detektiert wurden, in dem Beschichtungsfilm 42 gemäß der vierten Ausführungsform nicht detektiert werden. Mit anderen Worten, in dem Beschichtungsfilm 42 gemäß der vierten Ausführungsform waren durch die Wärmebehandlung die kristallinen Komponenten hinsichtlich ihrer Menge verringert.
Ferner wies der Beschichtungsfilm 42 gemäß der vierten Ausführungsform eine stärkere Beugungsintensität der amorphen Komponenten auf als der Vergleichskohlenstofffilm. Mit anderen Worten, durch die Wärmebehandlung waren in dem Beschichtungsfilm 42 gemäß der vierten Ausführungsform die Anteile der amorphen Komponenten erhöht.
Das heißt, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform unterdrückt die Wärmebehandlung die Kristallisation des Beschichtungsfilms 42 und fördert eine Amorphisierung des Beschichtungsfilms 42. Als Folge davon ist die Fluidität in Bezug auf geschmolzenes Aluminium verbessert.
6 zeigt die Ergebnisse die erhalten wurden bei Durchführung einer Differenzialthermoanalyse unter einer inerten Atmosphäre (Stickstoffgasatmosphäre) an einer Mischung des Kohlenstofffilms 41 vor einem Erwärmen, die aus der Gussform 10 und TOG geschnitten wurde.
Wie aus 6 ersichtlich ist, wurde innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 100°C oder mehr und 330°C oder weniger das Gewicht ohne eine Reaktion verringert. Daraus wird geschlussfolgert, dass Glykol im TOG verdampft wurde.
Innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 330 °C oder mehr und 360 °C oder weniger wurde eine Wärmeabsorption und eine Gewichtsreduktion verursacht. Das heißt, innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 330 °C oder mehr und 360 °C oder weniger unterlag TOG einer Reduktionsreaktion.
Bei einem Temperatur von mehr als 360 °C war die Reduktionsreaktion vollendet und die Gewichtsreduktion erfolgt.
Mit anderen Worten, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform wird der Kohlenstofffilm 41 unter einer inerten Atmosphäre auf 350°C erwärmt, so dass TOG reduziert wird.
10 zeigt die Ergebnisse die erhalten wurden bei Durchführung einer Differenzialthermoanalyse unter einer Luftatmosphäre an einer Mischung des Kohlenstofffilms 41 vor einem Erwärmen, die aus der Gussform 10 und TOG geschnitten wurde.
Wie aus 10 ersichtlich ist wurde innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 360 °C oder mehr und 380 °C oder weniger, eine Wärmeerzeugung und Gewichtsverringerung verursacht. Das heißt, innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 360°C oder mehr und 380°C oder weniger unterlag TOG einer Oxidationsreaktion.
Derartige wie in den 6 und 10 gezeigte Ergebnisse einer Differentialthermoanalyse lassen folgendes erkennen: Bei den Wärmebehandlungen unter einer inerten Atmosphäre und unter einer Luftatmosphäre wird ein Unterschied hinsichtlich der Temperatur zwischen der Reduktionsreaktion und der Oxidationsreaktion verursacht.
Daraus wird Folgendes geschlussfolgert: Bei der Wärmebehandlung bei 350°C unter einer inerten Atmosphäre unterliegt TOG einer Gefrierpunkterniedrigung, so dass der Beschichtungsfilm 42 in einem gesinterten Flüssigphasenzustand verbleibt; dies unterstützte eine Amorphisierung des Beschichtungsfilms 42 und Zementit und Schwefel wurden mit der amorphen Komponente beschichtet; als Folge davon wurde eine Kristallisation des Beschichtungsfilms 42 unterdrückt; somit konnten Zementit und Schwefel nicht mittels Röntgenbeugung detektiert werden.
Das heißt, bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform wird der Kohlenstofffilm 41 unter einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur erwärmt, um TOG zu ermöglichen, dass es einer Reduktionsreaktion unterliegt. Der Beschichtungsfilm 42 wird an einer Kristallisation gehindert und eine Amorphisierung des Beschichtungsfilms 42 unterstützt. Als Folge davon wird bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform ein Beschichtungsfilm 42 gebildet, der in großen Mengen amorphe Komponenten enthält, und ist die Fluidität in Bezug auf geschmolzenes Aluminium verbessert.
Nachfolgend wird eine Beschreibung der Ergebnisse gegeben, die erhalten wurden durch Testen der Abnutzungsbeständigkeit eines Teststücks TP4, welches den Beschichtungsfilm 42 enthielt, der darin unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wurde (siehe 7).
Bei dem Test wurde als ein Vergleichsteststück eine Gussform hergestellt, die erhalten wurde durch lediglich Reinigen eines Kohlenstofffilms aus einer Kohlenstoffnanofaser mittels Ultraschall.
Wie in 7 gezeigt, wurde in dem Test unter Verwendung einer Reibungs- und Abnutzungstestvorrichtung 50 die Abnutzungsbeständigkeit des Teststücks TP4 gemäß der vierten Ausführungsform und des Vergleichsteststücks untersucht.
Die Reibungs- und Abnutzungstestvorrichtung 50 umfasst u.a. einen Tisch 51, ein Kugelmaterial 52 und ein Dehnungsmessgerät 53.
Auf dem Tisch 51 ist das Teststück TP4 gemäß der vierten Ausführungsform oder das Vergleichsteststück befestigt. Das Kugelmaterial 52 steht am unteren Ende in Kontakt mit dem Beschichtungsfilm 42 oder dem Kohlenstofffilm des Vergleichsteststücks. Das Dehnungsmessgerät 52 misst den Dehnungsgrad des Kugelmaterials 52, wenn das Kugelmaterial 52 gezogen wird oder in anderen Situationen.
Bei dem Test wird das Kugelmaterial 52 unter einer vorgeschriebenen Last gegen das Teststück TP4 gemäß der vierten Ausführungsform oder das Vergleichsteststück gedrückt. Dann wird das Teststück TP4 gemäß der vierten Ausführungsform oder das Vergleichsteststück relativ zu dem Kugelmaterial 52 bewegt. Bei dem Test wurde der Reibungskoeffizient berechnet basierend auf den Messergebnissen des Dehnungsmessgeräts 53 bei diesem Schritt. Es wurde die Beziehung zwischen dem Gleitweg und dem Reibungskoeffizienten bewertet.
8 zeigt die Beziehung zwischen dem Gleitweg und dem Reibungskoeffizienten, die unter Verwendung der Reibungs- und Abnutzungstestvorrichtung 50 erhalten wurde.
Wie in 8 gezeigt, war zum Anfangszeitpunkt der Reibungskoeffizient des Teststücks TP4 gemäß der vierten Ausführungsform höher als der Reibungskoeffizient des Vergleichsteststücks. Es wird angenommen, dass dies bedingt ist durch die Gleitwirkung des Fullerens, das ohne eine Amorphisierung in dem Kohlenstofffilm des Vergleichsteststücks vorhanden ist.
Bei dem Teststück TP4 gemäß der vierten Ausführungsform nimmt bis zu einem gegebenen Gleitweg der Reibungskoeffizient allmählich mit Zunahme des Gleitwegs ab. Dann nimmt bei dem Teststück TP4 gemäß der vierten Ausführungsform der Reibungskoeffizient allmählich mit einer Zunahme des Gleitwegs zu.
Demgegenüber nimmt bei dem Vergleichsteststück der Reibungskoeffizient mit einer Erhöhung des Gleitwegs rapide zu. Dann ändert sich bei dem Vergleichsteststück der Reibungskoeffizient kaum.
Wenn das Teststück TP4 gemäß der vierten Ausführungsform über eine geringfügig kürzere Distanz als dem Gleitweg m1 gleitet, war der Reibungskoeffizient geringer als der Reibungskoeffizient des Vergleichsteststücks und war dann nicht größer als der Reibungskoeffizient des Vergleichsteststücks.
9 zeigt die Beziehung zwischen dem Gleitweg m1 für das Vergleichsteststück und dem Gleitweg m2 für das Teststück TP4 gemäß der vierten Ausführungsform, wenn bei der Beziehung zwischen dem Gleitweg und dem Reibungskoeffizienten, wie sie in 8 aufgezeigt ist, jeder der Reibungskoeffizienten auf einen vorgeschriebenen Reibungskoeffizienten n erhöht wird.
Wie in 9 gezeigt, war der Gleitweg des Teststücks TP4 gemäß der vierten Ausführungsform ungefähr 5-mal länger als de Gleitweg des Vergleichsteststücks.
Die bisherigen Testergebnisse lassen folgendes erkennen: Wenn der Beschichtungsfilm 42 unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wird, kann die Abnutzungsbeständigkeit in großem Maße verbessert werden.
Bei dem Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass TOG auf den Kohlenstofffilm 41 aufgebracht wird. Es ist jegliche Lösung akzeptabel so lange als es eine Lösung ist, die Titan enthält, welches durch eine Wärmebehandlung unter einer inerten Atmosphäre reduzierbar ist. Die nachfolgende Tabelle 5 zeigt derartige Lösungen, die Titan enthalten. Tabelle 5

Beschichtungslösungen

Titan-Serie Tetra-i-propoxytitan

Tetra-n-butoxytitan

Tetrakis(2-ethylhexyloxy)titan

TOG

Di-i-propoxy-bis(acetylacetonato)titan
Wenn wie in Tabelle 5 aufgezeigte andere Lösungen als TOG aufgebracht werden, wird unter einer inerten Atmosphäre eine Differentialthermoanalyse durchgeführt an einer Mischung des Kohlenstofffilms 41 vor einem Erwärmen, die aus der Gussform 10 und jeder der von TOG verschiedenen in Tabelle 5 aufgezeigten anderen Lösungen geschnitten wurde. Dann wird basierend auf den Ergebnissen der Differentialthermoanalyse der Temperaturbereich bestimmt, indem die von TOG verschiedenen in Tabelle 5 gezeigten anderen Lösungen einer Reduktionsreaktion unterliegen. Der Kohlenstofffilm 41 wird dann unteren einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur innerhalb des gemessenen Temperaturbereichs erwärmt.
Bei den Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform ist es nur durch Erwärmen der Gussformen 10, 20, 30 und 40 im Ofen möglich, die Beschichtungsfilme 12, 23, 33 bzw. 42 auszubilden. Das heißt, mit den Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform ist es nicht notwendig, die Gussformen 10, 20, 30 und 40 wie im Stand der Technik in einen Behälter zu geben, der geschmolzenes Metall enthält. Daher wird bei den Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform auf den Gussformen 10, 20, 30 und 40 nach dem Erwärmen kein geschmolzenes Metall abgeschieden. Aus diesem Grund ist es möglich, auf einfache Weise die Beschichtungsfilme 12, 23, 33 und 42 auszubilden.
Die Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform können ferner auf einfache Weise ausgeführt werden, da einfach zugängliches Titan oder dergleichen verwendet wird.
Hierbei wird auf eine Form zur Verwendung beim Kokillengießverfahren (Schwerkraftguss), Niederdruckkokillenguss oder dergleichen vor dem Gießvorgang zum Zweck des Erleichterns eines Entfernens eines Produkts aus der Form und aus anderen Gründen ein Beschichtungsmittel aufgebracht. Als Rohmaterialien für ein derartiges Beschichtungsmittel wird Graphit und dergleichen verwendet, die gut hinsichtlich der Fluidität für geschmolzenes Metall sind.
Wenn wie oben beschrieben die Beschichtungsfilme 12, 23, 33 und 42 ausgebildet werden unter Verwendung der Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform, ist es möglich, die Fluidität in Bezug auf geschmolzenes Aluminium in großem Maße zu verbessern.
Aus diesem Grund ist es akzeptabel, dass das Beschichtungsmittel hergestellt wird unter Verwendung von jeweils einem Pulver der Beschichtungsfilme 12, 23, 33 und 42 jeweils gebildet unter Verwendung der Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform als Rohmaterial. In diesem Fall wird bspw. jeder der Beschichtungsfilme 12, 23, 33 und 42 aus der Gussform 10 geschnitten und zu einer Pulverform verarbeitet. Dann wird jedes der Pulver der Beschichtungsfilme 12, 23, 33 und 42 in Wasser oder dergleichen dispergiert.
Ein derartiges Beschichtungsmittel wird gebildet aus dem Beschichtungsfilm 12, 23, 33 oder 42 mit einer guten Fluidität für geschmolzenes Aluminium. Dies kann das Entfernen eines Produkts aus der Form erleichtern und kann die Lebensdauer der Form verlängern.
Die Beschichtungsfilme 12, 23 und 33, die unter Verwendung der Oberflächenbehandlungsverfahren der ersten Ausführungsform bis dritten Ausführungsform ausgebildet wurden, sind jeweils besser hinsichtlich der Fluidität für geschmolzenes Aluminium als der Beschichtungsfilm 42, der unter Verwendung des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wurde. Aus diesem Grund können als die Rohmaterialien für das Beschichtungsmittel die Pulver der Beschichtungsfilme 12, 23 bzw. 33 verwendet werden, die jeweils unter Verwendung der Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bis dritten Ausführungsform ausgebildet wurden.
Dabei war bei der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform jede Gussform eine Form zum Gießen (Gussform). Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, dass die Gussform aus Eisen gebildet ist.
Bei der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform ist es akzeptabel, dass die Gussform durch ein beliebiges Mittel mit einem Kohlenstofffilm oder einem Stickstofffilm oberflächenbeschichtet ist. Das heißt, es ist akzeptable, dass die Gussform durch bspw. eine Vakuumabscheidungsbehandlung mit einem Kohlenstofffilm oder einem Stickstofffilm oberflächenbeschichtet ist.
Bei der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform wurde der Beschichtungsfilm auf 200 °C abgekühlt, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Das heißt, das Kühlen kann je nach Notwendigkeit bis auf eine Temperatur durchgeführt werden, die ausreichend ist, um ein Unterdrücken der Oxidation des Beschichtungsfilms zu ermöglichen. Im Speziellen kann der Beschichtungsfilm unter einer inerten Atmosphäre wünschenswerterweise auf 200 °C oder weniger gekühlt werden. Im Hinblick auf die Fähigkeit einer weitergehenderen Unterdrückung der Oxidation des Beschichtungsfilms kann der Beschichtungsfilm ferner unter einer inerten Atmosphäre auf 100 °C oder weniger gekühlt werden.
Bei der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform wurde das Reinigen mittels Ultraschall im Ofen unter einer inerten Atmosphäre durchgeführt, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Das heißt, es ist auch akzeptabel, dass das Ultraschallreinigen unter einer Luftatmosphäre durchgeführt wird.
Ferner wurde zur Herstellung des Beschichtungsmittels der Beschichtungsfilm in der Form eines Pulvers als das Rohmaterial verwendet, wobei jedoch die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das heißt, es kann wünschenswerterweise ein derartiges Herstellungsverfahren verwendet werden, bei dem eine Änderung der Qualität der Komponenten des Beschichtungsfilms unterdrückt wird, so dass das Beschichtungsmittel die Komponenten des Beschichtungsfilms enthält.

Claims

Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform (10) zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm (11) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Zuführen von mindestens einem von Titan, Zirkonium, Niob, Vanadium, Hafnium, Tantal und Wolfram zu dem Kohlenstofffilm und Erwärmen des Kohlenstofffilms auf 400 °C oder mehr unter einer inerten Atmosphäre, wodurch ein Beschichtungsfilm (12) auf der Gussform ausgebildet wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstofffilm amorpher Kohlenstoff ist.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200 °C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Reinigen des Beschichtungsfilms mittels Ultraschall in einem Öl nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms.
Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine Oberfläche mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstofffilm ausgebildet wurde durch das Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform (20) zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine Oberfläche mit einem Stickstofffilm (21) beschichtet ist, wobei der Stickstofffilm mit einem Kohlenstofffilm (22) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Zuführen von mindestens einem von Titan, Zirkonium und Niob zu dem Kohlenstofffilm und Erwärmen des Kohlenstofffilms auf 400 °C oder mehr unter einer inerten Atmosphäre, wodurch ein Beschichtungsfilm (23) auf der Gussform ausgebildet wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstofffilm amorpher Kohlenstoff ist.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200 °C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Reinigen des Beschichtungsfilms mittels Ultraschall in einem Öl nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms.
Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine Oberfläche mit einem Stickstofffilm beschichtet ist, wobei der Stickstofffilm mit einem Kohlenstofffilm beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstofffilm ausgebildet wurde durch das Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9.
Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform (30) zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Stickstofffilm (32) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Zuführen von mindestens einem von Titan, Zirkonium und Niob zu dem Stickstofffilm und Erwärmen des Stickstofffilms auf 400 °C oder mehr unter einer inerten Atmosphäre, wodurch ein Beschichtungsfilm (33) auf der Gussform ausgebildet wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200 °C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Reinigen des Beschichtungsfilms mittels Ultraschall in einem Öl nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms.
Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Stickstofffilm beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstofffilm ausgebildet wurde durch Anwenden des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13.
Oberflächenbehandlungsverfahren auf eine Gussform (40) zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Kohlenstofffilm aus amorphem Kohlenstoff (41) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Zuführen einer titanhaltigen Lösung zu dem Kohlenstofffilm und Erwärmen des Kohlenstofffilms auf eine Temperatur, bei der ermöglicht wird, dass die Lösung unter einer inerten Atmosphäre einer Reduktionsreaktion unterliegt, wodurch ein Beschichtungsfilm (42) auf der Gussform ausgebildet wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Durchführen einer Differentialthermoanalyse unter einer inerten Atmosphäre an einer Mischung aus dem Kohlenstofffilm vor dem Erwärmen und der titanhaltigen Lösung und Bestimmen eines Temperaturbereichs, bei dem ermöglicht wird, dass die titanhaltige Lösung einer Reduktionsreaktion unterliegt, basierend auf den Ergebnissen der Differentialthermoanalyse, wobei die Temperatur, bei der ermöglicht wird, dass die titanhaltige Lösung unter einer inerten Atmosphäre einer Reduktionsreaktion unterliegt, eine Temperatur innerhalb eines Bereichs des bestimmten Temperaturbereichs ist.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Abkühlen des Beschichtungsfilms auf 200°C oder weniger unter einer inerten Atmosphäre nach dem Ausbilden des Beschichtungsfilms.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Reinigen des Beschichtungsfilms mittels Ultraschall in einem Öl nach dem Abkühlen des Beschichtungsfilms.
Gussform zur Verwendung mit geschmolzenem Metall, bei der eine oberste Oberflächenseite eines Beschichtungsbereichs mit einem Kohlenstofffilm aus amorphem Kohlenstoff beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstofffilm ausgebildet wurde durch das Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18.