JP2000052018A - マグネシウム合金のチクソ成形用金型 - Google Patents
マグネシウム合金のチクソ成形用金型Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マグネシウム合金との摺動性や耐焼き付き性
を改善し、作業能率の低下や工場環境の汚染の原因とな
る離型剤の塗布工程をなくして、長期に安定使用するこ
とができるマグネシウム合金のチクソ成形用金型を提供
する。 【解決手段】 金型本体の表面に、クロムと窒素を主成
分とする平滑な第１のセラミック薄膜と、該第１のセラ
ミック薄膜よりも高硬度な第２のセラミック薄膜とを交
互に２層以上積層し、且つその上に膜厚０.１μｍ以上
のクロムと窒素を主成分とする平滑なセラミック薄膜か
らなる最表面層を形成する。第２のセラミック薄膜は、
ビッカース硬度が２０００ｋｇ／ｍｍ2以上のチタン化
合物、特に複合窒化物ＴｉxＡｌ100-xＮ（ｘは原子％、
２０≦ｘ＜１００）が好ましい。
を改善し、作業能率の低下や工場環境の汚染の原因とな
る離型剤の塗布工程をなくして、長期に安定使用するこ
とができるマグネシウム合金のチクソ成形用金型を提供
する。 【解決手段】 金型本体の表面に、クロムと窒素を主成
分とする平滑な第１のセラミック薄膜と、該第１のセラ
ミック薄膜よりも高硬度な第２のセラミック薄膜とを交
互に２層以上積層し、且つその上に膜厚０.１μｍ以上
のクロムと窒素を主成分とする平滑なセラミック薄膜か
らなる最表面層を形成する。第２のセラミック薄膜は、
ビッカース硬度が２０００ｋｇ／ｍｍ2以上のチタン化
合物、特に複合窒化物ＴｉxＡｌ100-xＮ（ｘは原子％、
２０≦ｘ＜１００）が好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品や自動車
部品等の分野で急速に実用化が進んでいるマグネシウム
合金部品を成形するためのチクソ成形用金型に関する。
部品等の分野で急速に実用化が進んでいるマグネシウム
合金部品を成形するためのチクソ成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】マグネシウム合金は、その軽量性と高い
強度特性を備えると共に、外観の美麗さなどから、電子
部品ケースや自動車部品などとして近年急速に用途が拡
大しつつある。
強度特性を備えると共に、外観の美麗さなどから、電子
部品ケースや自動車部品などとして近年急速に用途が拡
大しつつある。
【０００３】これらマグネシウム合金の成形は、チクソ
成形と言われる比較的高温での射出成型によって行われ
ている。即ち、マグネシウムに例えばアルミニウムを約
１０重量％添加したマグネシウム合金を固液共存温度で
射出成型する手法であり、具体的には約２５０℃に加熱
された金型中に５００〜５５０℃の半溶融状態のマグネ
シウム合金を注入し、冷却凝固させて成形するものであ
る。
成形と言われる比較的高温での射出成型によって行われ
ている。即ち、マグネシウムに例えばアルミニウムを約
１０重量％添加したマグネシウム合金を固液共存温度で
射出成型する手法であり、具体的には約２５０℃に加熱
された金型中に５００〜５５０℃の半溶融状態のマグネ
シウム合金を注入し、冷却凝固させて成形するものであ
る。
【０００４】このチクソ成形において、精度のよい成形
を行うためには、金型表面と注入材料の摩擦が少ないこ
とが必須条件である。例えば、注入作業中や凝固後のワ
ークの取り出し時の擦すれ等によって金型表面に摩耗が
生じると、これが鋳込み作業中の焼き付きの原因とな
り、生産性や製品歩留を著しく低下させる。
を行うためには、金型表面と注入材料の摩擦が少ないこ
とが必須条件である。例えば、注入作業中や凝固後のワ
ークの取り出し時の擦すれ等によって金型表面に摩耗が
生じると、これが鋳込み作業中の焼き付きの原因とな
り、生産性や製品歩留を著しく低下させる。
【０００５】このような現象を防止するために、現状で
は離型剤を使用し、具体的には金型の表面状態に応じて
又は定期的に金型の成形面に離型剤を塗布しながら、鋳
込み作業を行っている。しかし、離型剤を頻繁に塗布し
なければならないため、設備の停止や、金型温度の低下
による作業能率及び歩留まりの低下が避けられなかっ
た。また、離型剤が成形作業中に蒸発、飛散するため、
工場の作業環境を著しく害するという問題もあった。
は離型剤を使用し、具体的には金型の表面状態に応じて
又は定期的に金型の成形面に離型剤を塗布しながら、鋳
込み作業を行っている。しかし、離型剤を頻繁に塗布し
なければならないため、設備の停止や、金型温度の低下
による作業能率及び歩留まりの低下が避けられなかっ
た。また、離型剤が成形作業中に蒸発、飛散するため、
工場の作業環境を著しく害するという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような現状におい
て、離型剤の塗布による問題を解決するために、硬度が
高い窒化チタン等のセラミック薄膜を金型表面に形成す
ることにより、金型の摩耗を防ぐ方法も検討されてい
る。しかしながら、窒化チタンの薄膜は、チクソ成形時
の温度である５００℃以上で使用すると、酸化されて薄
膜が容易に剥離するため、金型表面の保護効果は殆ど得
られなかった。
て、離型剤の塗布による問題を解決するために、硬度が
高い窒化チタン等のセラミック薄膜を金型表面に形成す
ることにより、金型の摩耗を防ぐ方法も検討されてい
る。しかしながら、窒化チタンの薄膜は、チクソ成形時
の温度である５００℃以上で使用すると、酸化されて薄
膜が容易に剥離するため、金型表面の保護効果は殆ど得
られなかった。
【０００７】また、摺動性に優れると言われる窒化クロ
ムの被膜処理も試みられているが、平滑な薄膜の形成が
難しく、薄膜表面に生じる突起を起点としてマグネシウ
ム合金の焼き付きが生じやすいという欠点があった。加
えて、窒化クロムは硬度が低いために、十分な耐摩耗性
及び耐焼き付き性が得られなかった。更に、窒化クロム
は熱膨張係数の小さな材料であるため、高い硬度を得よ
うとすると膨張係数が増々小さくなり、２００℃〜５０
０℃のヒートサイクルを受けるチクソ成形用金型では、
熱疲労を生じて長期に安定して使用することは不可能で
あった。
ムの被膜処理も試みられているが、平滑な薄膜の形成が
難しく、薄膜表面に生じる突起を起点としてマグネシウ
ム合金の焼き付きが生じやすいという欠点があった。加
えて、窒化クロムは硬度が低いために、十分な耐摩耗性
及び耐焼き付き性が得られなかった。更に、窒化クロム
は熱膨張係数の小さな材料であるため、高い硬度を得よ
うとすると膨張係数が増々小さくなり、２００℃〜５０
０℃のヒートサイクルを受けるチクソ成形用金型では、
熱疲労を生じて長期に安定して使用することは不可能で
あった。
【０００８】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
マグネシウム合金との摺動性や耐焼き付き性に優れたセ
ラミック薄膜を金型表面に形成し、作業能率の低下や工
場環境の汚染の原因となる離型剤の塗布工程をなくし
て、長期に安定使用することができるマグネシウム合金
のチクソ成形用金型を提供することを目的とする。
マグネシウム合金との摺動性や耐焼き付き性に優れたセ
ラミック薄膜を金型表面に形成し、作業能率の低下や工
場環境の汚染の原因となる離型剤の塗布工程をなくし
て、長期に安定使用することができるマグネシウム合金
のチクソ成形用金型を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するマグネシウム合金のチクソ成形用
金型は、金属製又は合金製の金型本体の少なくともマグ
ネシウム合金と接触する表面に、交互に２層以上積層し
て形成されたクロムと窒素を主成分とする平滑な第１の
セラミック薄膜と、該第１のセラミック薄膜よりも高硬
度な第２のセラミック薄膜とを備え、且つその上に膜厚
０.１μｍ以上のクロムと窒素を主成分とする平滑なセ
ラミック薄膜からなる最表面層を有することを特徴とす
る。
め、本発明が提供するマグネシウム合金のチクソ成形用
金型は、金属製又は合金製の金型本体の少なくともマグ
ネシウム合金と接触する表面に、交互に２層以上積層し
て形成されたクロムと窒素を主成分とする平滑な第１の
セラミック薄膜と、該第１のセラミック薄膜よりも高硬
度な第２のセラミック薄膜とを備え、且つその上に膜厚
０.１μｍ以上のクロムと窒素を主成分とする平滑なセ
ラミック薄膜からなる最表面層を有することを特徴とす
る。
【００１０】本発明のマグネシウム合金のチクソ成形用
金型において、第１のセラミック薄膜は５０〜７５原子
％のクロムと５０〜２５原子％の窒素とからなることが
好ましく、また最表面層のセラミック薄膜は５０〜６０
原子％のクロムと５０〜４０原子％の窒素とからなるこ
とが好ましい。
金型において、第１のセラミック薄膜は５０〜７５原子
％のクロムと５０〜２５原子％の窒素とからなることが
好ましく、また最表面層のセラミック薄膜は５０〜６０
原子％のクロムと５０〜４０原子％の窒素とからなるこ
とが好ましい。
【００１１】また、高硬度の第２のセラミック薄膜は、
その硬さがビッカース硬度で２０００ｋｇ／ｍｍ2以上
であることが好ましい。かかる第２のセラミック薄膜と
しては、チタンの炭化物、窒化物、炭窒化物、又はチタ
ンとアルミニウムの複合窒化物から選ばれる少なくとも
１種があり、中でもチタンとアルミニウムの複合窒化物
ＴｉxＡｌ100-xＮ（但しｘは原子％を表し、２０≦ｘ＜
１００である）が特に好ましい。
その硬さがビッカース硬度で２０００ｋｇ／ｍｍ2以上
であることが好ましい。かかる第２のセラミック薄膜と
しては、チタンの炭化物、窒化物、炭窒化物、又はチタ
ンとアルミニウムの複合窒化物から選ばれる少なくとも
１種があり、中でもチタンとアルミニウムの複合窒化物
ＴｉxＡｌ100-xＮ（但しｘは原子％を表し、２０≦ｘ＜
１００である）が特に好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】一般に、クロムと窒素を主成分と
するセラミック薄膜は、化学的に安定しており、また摺
動性に優れることが知られているが、良好な平滑性を得
ることが難しい。これは、金属クロムの昇華反応を利用
した気相からのコーティング法によって成膜されるた
め、工業的に用いられる通常の条件で成膜すると、蒸発
源から飛散する粒状の生成物がセラミック膜と共に付着
し、表面に微細な突起を有する膜が形成されるためであ
る。このような突起は、前記したように高温のマグネシ
ウム合金のような軟質の材料を摺動させたとき噛み込状
の焼き付きの起点となり、以後急激に焼き付きが広がっ
て製品を不良にする。
するセラミック薄膜は、化学的に安定しており、また摺
動性に優れることが知られているが、良好な平滑性を得
ることが難しい。これは、金属クロムの昇華反応を利用
した気相からのコーティング法によって成膜されるた
め、工業的に用いられる通常の条件で成膜すると、蒸発
源から飛散する粒状の生成物がセラミック膜と共に付着
し、表面に微細な突起を有する膜が形成されるためであ
る。このような突起は、前記したように高温のマグネシ
ウム合金のような軟質の材料を摺動させたとき噛み込状
の焼き付きの起点となり、以後急激に焼き付きが広がっ
て製品を不良にする。
【００１３】クロムと窒素を主成分とするセラミック薄
膜の平滑性を改善するには、粒状飛散物を防止するよう
な低エネルギーで成膜すればよいが、成膜速度が遅くな
るため、必要な膜厚を得るためにはコストが著しく増大
する。また、成膜後にラップ研磨を施すことも考えられ
るが、金型形状が複雑であるうえ、金型の成形面全体を
均一にラップ研磨することが難しいため、多大な処理コ
ストが必要となる。
膜の平滑性を改善するには、粒状飛散物を防止するよう
な低エネルギーで成膜すればよいが、成膜速度が遅くな
るため、必要な膜厚を得るためにはコストが著しく増大
する。また、成膜後にラップ研磨を施すことも考えられ
るが、金型形状が複雑であるうえ、金型の成形面全体を
均一にラップ研磨することが難しいため、多大な処理コ
ストが必要となる。
【００１４】本発明においては、このようなクロムと窒
素を主成分とするセラミック薄膜が有する問題を、低速
で成膜することで平滑性を確保すると同時に、平滑性が
得やすい高硬度なセラミック薄膜と積層することによっ
て解決した。即ち、本発明のクロムと窒素を主成分とす
る平滑な第１のセラミック薄膜は、前記のごとく低エネ
ルギーで速度を抑えて成膜することで形成できるが、こ
の成膜速度の低下をチタン化合物のような高硬度な第２
のセラミック薄膜との積層によって補い、セラミック薄
膜全体として効率的な成膜を行うことができる。このク
ロムと窒素を主成分とする平滑な第１のセラミック薄膜
及び最表面層の平滑なセラミック薄膜の表面粗さとして
は、Ｒmaxで２μｍ以下、又はＲaで０.３μｍ以下であ
ることが好ましい。
素を主成分とするセラミック薄膜が有する問題を、低速
で成膜することで平滑性を確保すると同時に、平滑性が
得やすい高硬度なセラミック薄膜と積層することによっ
て解決した。即ち、本発明のクロムと窒素を主成分とす
る平滑な第１のセラミック薄膜は、前記のごとく低エネ
ルギーで速度を抑えて成膜することで形成できるが、こ
の成膜速度の低下をチタン化合物のような高硬度な第２
のセラミック薄膜との積層によって補い、セラミック薄
膜全体として効率的な成膜を行うことができる。このク
ロムと窒素を主成分とする平滑な第１のセラミック薄膜
及び最表面層の平滑なセラミック薄膜の表面粗さとして
は、Ｒmaxで２μｍ以下、又はＲaで０.３μｍ以下であ
ることが好ましい。
【００１５】尚、クロムと窒素を主成分とする平滑なセ
ラミック薄膜の形成は、例えば特開平１０−６８０７１
号公報に記載されるような方法によっても可能である。
この方法は、イオンプレーティング法により、アーク放
電で陰極のターゲットを蒸発及びイオン化させ、窒素や
炭化水素等の反応性ガスと反応させて、生成した化合物
の薄膜を基材表面に成膜する際に、ターゲットの付近に
反応性ガスを供給し、その付近のガス圧を周囲よりも高
めた状態で成膜するものである。
ラミック薄膜の形成は、例えば特開平１０−６８０７１
号公報に記載されるような方法によっても可能である。
この方法は、イオンプレーティング法により、アーク放
電で陰極のターゲットを蒸発及びイオン化させ、窒素や
炭化水素等の反応性ガスと反応させて、生成した化合物
の薄膜を基材表面に成膜する際に、ターゲットの付近に
反応性ガスを供給し、その付近のガス圧を周囲よりも高
めた状態で成膜するものである。
【００１６】しかも、このようにして形成したクロムと
窒素を主成分とする平滑なセラミック薄膜は、極めてピ
ンホールが少なく、膜厚が０.１μｍ以上あれば酸素の
浸透を防止できるので、下層にあるセラミック薄膜の酸
化を防ぐ作用を有することが判った。このことから、本
発明では、膜厚０.１μｍ以上のクロムと窒素を主成分
とする平滑なセラミック薄膜を最表面層とすることによ
り、その下層のセラミック薄膜の酸化を防ぎ、化学的変
質や剥離を無くすことができる。
窒素を主成分とする平滑なセラミック薄膜は、極めてピ
ンホールが少なく、膜厚が０.１μｍ以上あれば酸素の
浸透を防止できるので、下層にあるセラミック薄膜の酸
化を防ぐ作用を有することが判った。このことから、本
発明では、膜厚０.１μｍ以上のクロムと窒素を主成分
とする平滑なセラミック薄膜を最表面層とすることによ
り、その下層のセラミック薄膜の酸化を防ぎ、化学的変
質や剥離を無くすことができる。
【００１７】また、クロムと窒素を主成分とする平滑な
第１のセラミック薄膜と高硬度な第２のセラミック薄膜
を交互に積層することによって、両者の相乗効果により
化学的安定性と摺動特性が一層向上し、耐焼き付き性の
著しい改善を得ることができる。この相乗的な効果を得
るためには、最表面層を含めたセラミック薄膜全体の合
計膜厚を０.５μｍ以上とすることが好ましい。しか
し、合計膜厚を５０μｍより厚くしても、それ以上の耐
焼き付き性の向上や寿命の延長が望めないので、成膜コ
ストの点からも５０μｍ以下とすることが望ましい。
第１のセラミック薄膜と高硬度な第２のセラミック薄膜
を交互に積層することによって、両者の相乗効果により
化学的安定性と摺動特性が一層向上し、耐焼き付き性の
著しい改善を得ることができる。この相乗的な効果を得
るためには、最表面層を含めたセラミック薄膜全体の合
計膜厚を０.５μｍ以上とすることが好ましい。しか
し、合計膜厚を５０μｍより厚くしても、それ以上の耐
焼き付き性の向上や寿命の延長が望めないので、成膜コ
ストの点からも５０μｍ以下とすることが望ましい。
【００１８】尚、平滑な第１のセラミック薄膜と高硬度
な第２のセラミック薄膜の積層については、交互に少な
くとも１層ずつ、即ち２層以上積層すればよい。また、
第１のセラミック薄膜と第２のセラミック薄膜のどちら
を金型本体に直接接して形成するかは特に制限はない
が、金型本体を構成する金属や合金との密着性や、最低
２層の積層でよく且つ最表面層がクロムと窒素を主成分
とする平滑なセラミック薄膜であることを考慮すると、
クロムと窒素を主成分とする平滑な第１のセラミック薄
膜を金型本体上に直接形成することが望ましい。
な第２のセラミック薄膜の積層については、交互に少な
くとも１層ずつ、即ち２層以上積層すればよい。また、
第１のセラミック薄膜と第２のセラミック薄膜のどちら
を金型本体に直接接して形成するかは特に制限はない
が、金型本体を構成する金属や合金との密着性や、最低
２層の積層でよく且つ最表面層がクロムと窒素を主成分
とする平滑なセラミック薄膜であることを考慮すると、
クロムと窒素を主成分とする平滑な第１のセラミック薄
膜を金型本体上に直接形成することが望ましい。
【００１９】平滑な第１のセラミック薄膜と最表面層の
セラミック薄膜は、共にクロムと窒素を主成分とするＣ
ｒＮ系セラミックから構成される。そのうち、内層とな
る第１のセラミック薄膜は、５０〜７５原子％のクロム
と５０〜２５原子％の窒素とからなることが好ましい。
また、最表面層のセラミック薄膜は、５０〜６０原子％
のクロムと５０〜４０原子％の窒素とからなることが好
ましい。いずれの場合も上記の範囲を外れると、耐焼き
付き性が低下しやすくなる。
セラミック薄膜は、共にクロムと窒素を主成分とするＣ
ｒＮ系セラミックから構成される。そのうち、内層とな
る第１のセラミック薄膜は、５０〜７５原子％のクロム
と５０〜２５原子％の窒素とからなることが好ましい。
また、最表面層のセラミック薄膜は、５０〜６０原子％
のクロムと５０〜４０原子％の窒素とからなることが好
ましい。いずれの場合も上記の範囲を外れると、耐焼き
付き性が低下しやすくなる。
【００２０】一方、高硬度な第２のセラミック薄膜とし
ては、第１のセラミック薄膜よりも高い硬度を有するも
のであればよいが、耐熱性に優れ且つ工業的に実績が多
く平滑性が得やすいことを考慮すると、窒化チタン(Ｔ
ｉＮ)、炭化チタン(ＴｉＣ)、炭窒化チタン(ＴｉＣ
Ｎ)、又はチタンとアルミニウム複合窒化物(ＴｉＡｌ
Ｎ)のいずれかが好ましい。これらのセラミック薄膜は
いずれもビッカース硬度が２０００ｋｇ／ｍｍ2以上で
あり、比較的軟質なＣｒＮ系セラミック薄膜と積層する
のに理想的である。
ては、第１のセラミック薄膜よりも高い硬度を有するも
のであればよいが、耐熱性に優れ且つ工業的に実績が多
く平滑性が得やすいことを考慮すると、窒化チタン(Ｔ
ｉＮ)、炭化チタン(ＴｉＣ)、炭窒化チタン(ＴｉＣ
Ｎ)、又はチタンとアルミニウム複合窒化物(ＴｉＡｌ
Ｎ)のいずれかが好ましい。これらのセラミック薄膜は
いずれもビッカース硬度が２０００ｋｇ／ｍｍ2以上で
あり、比較的軟質なＣｒＮ系セラミック薄膜と積層する
のに理想的である。
【００２１】これら第２のセラミック薄膜のうち、チタ
ンとアルミニウムの複合窒化物(ＴｉＡｌＮ)膜は、チタ
ンの組成比率（原子％）をｘとするときにＴｉxＡｌ
100-xＮで表されるが、ｘの値は２０以上１００未満で
あることが好ましい。尚、ｘの値は、化合物の組成から
自ずと上限が１００であり、１００の場合にはＴｉＮと
同じ化合物とある。しかし、ｘの値が２０を下回ると、
その炭窒化物の硬度が低下し、金型の耐焼き付き性が低
下するので好ましくない。
ンとアルミニウムの複合窒化物(ＴｉＡｌＮ)膜は、チタ
ンの組成比率（原子％）をｘとするときにＴｉxＡｌ
100-xＮで表されるが、ｘの値は２０以上１００未満で
あることが好ましい。尚、ｘの値は、化合物の組成から
自ずと上限が１００であり、１００の場合にはＴｉＮと
同じ化合物とある。しかし、ｘの値が２０を下回ると、
その炭窒化物の硬度が低下し、金型の耐焼き付き性が低
下するので好ましくない。
【００２２】尚、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタ
ン、チタンとアルミニウム複合窒化物の各セラミック薄
膜は、それぞれ第２のセラミック薄膜として単独で使用
しても良いが、これらの２種以上を組み合わせて順に第
１のセラミック薄膜と積層したり、これらの２種以上を
混合した組成の第２のセラミック薄膜とすることによっ
て、更にセラミック薄膜全体の硬度が上昇するので好ま
しい。
ン、チタンとアルミニウム複合窒化物の各セラミック薄
膜は、それぞれ第２のセラミック薄膜として単独で使用
しても良いが、これらの２種以上を組み合わせて順に第
１のセラミック薄膜と積層したり、これらの２種以上を
混合した組成の第２のセラミック薄膜とすることによっ
て、更にセラミック薄膜全体の硬度が上昇するので好ま
しい。
【００２３】
【実施例】実施例１ ＪＩＳ鋼種の一つであるＳＫＤ６１で製作された金型本
体の表面に、公知の真空アーク放電によるイオンプレー
ティング法を用いて、下記表１に示す各セラミック薄膜
を形成し、本発明による試料１〜３１のマグネシウム合
金のチクソ成形用金型を作製した。
体の表面に、公知の真空アーク放電によるイオンプレー
ティング法を用いて、下記表１に示す各セラミック薄膜
を形成し、本発明による試料１〜３１のマグネシウム合
金のチクソ成形用金型を作製した。
【００２４】即ち、図１に示すように、円筒形状の真空
容器１の内側壁面に複数個のターゲット２を対向させて
配置すると共に加熱用ヒーター３を設置し、真空容器１
にガス導入口５とガス排気口６を備えた通常の成膜装置
を使用した。この真空容器１の中心軸上に回転可能に設
けた保持具４に上記金型本体７を装着し、保持具４の回
転数と真空アークの放電電流（ターゲット材料の蒸発
量）の一方又は両方を調整することにより、以下のごと
く各セラミック薄膜を積層して形成した。
容器１の内側壁面に複数個のターゲット２を対向させて
配置すると共に加熱用ヒーター３を設置し、真空容器１
にガス導入口５とガス排気口６を備えた通常の成膜装置
を使用した。この真空容器１の中心軸上に回転可能に設
けた保持具４に上記金型本体７を装着し、保持具４の回
転数と真空アークの放電電流（ターゲット材料の蒸発
量）の一方又は両方を調整することにより、以下のごと
く各セラミック薄膜を積層して形成した。
【００２５】まず、真空容器１内を排気して真空度を１
０-4Ｐａの雰囲気とし、次にＡｒガスを導入して２.７
Ｐａの雰囲気に保持し、４００℃まで加熱して、金型本
体７に−１０００Ｖの負のバイアス電圧をかけてプラズ
マクリーニングを行った後、Ａｒガスを排気した。
０-4Ｐａの雰囲気とし、次にＡｒガスを導入して２.７
Ｐａの雰囲気に保持し、４００℃まで加熱して、金型本
体７に−１０００Ｖの負のバイアス電圧をかけてプラズ
マクリーニングを行った後、Ａｒガスを排気した。
【００２６】その後、成膜するセラミック薄膜の種類に
合わせて時間制御を行いながら、真空容器１内にＮ2ガ
ス又はＣＨ4ガスのいずれか一種類又は両方を２００ｃ
ｃ／ｍｉｎの総流量で導入して、真空アーク放電により
Ｃｒ、Ｔｉ又はＴｉＡｌ合金の各ターゲット２を蒸発、
イオン化させることによって、回転する金型本体７が各
ターゲット２の前を通過する際に、その表面上に各ター
ゲット材料と導入ガス中のＮ及び／又はＣとの化合物か
らなる表１に示す各セラミック薄膜、即ち平滑な第１の
セラミック薄膜であるＣｒＮ系薄膜と第２のセラミック
薄膜であるＴｉ化合物系薄膜を順次積層し、最後にＣｒ
Ｎ系の平滑な最表面層を形成した。
合わせて時間制御を行いながら、真空容器１内にＮ2ガ
ス又はＣＨ4ガスのいずれか一種類又は両方を２００ｃ
ｃ／ｍｉｎの総流量で導入して、真空アーク放電により
Ｃｒ、Ｔｉ又はＴｉＡｌ合金の各ターゲット２を蒸発、
イオン化させることによって、回転する金型本体７が各
ターゲット２の前を通過する際に、その表面上に各ター
ゲット材料と導入ガス中のＮ及び／又はＣとの化合物か
らなる表１に示す各セラミック薄膜、即ち平滑な第１の
セラミック薄膜であるＣｒＮ系薄膜と第２のセラミック
薄膜であるＴｉ化合物系薄膜を順次積層し、最後にＣｒ
Ｎ系の平滑な最表面層を形成した。
【００２７】また、比較のために、下記表２に示すよう
に、従来の単一のセラミック薄膜のみを設けたコーティ
ング金型の試料３２〜３６、及びセラミック薄膜を有し
ない金型の試料３７も用意した。即ち、試料３２〜３６
では、通常の成膜装置を使用して真空アーク放電を用い
たイオンプレーティング法により、上記と同じＳＫＤ６
１製の金型本体の表面に、表２に示す単独のセラミック
薄膜を形成した。また、試料３８〜４４の金型は、各セ
ラミック薄膜の組成や膜厚等を本発明の範囲外とした比
較例である。
に、従来の単一のセラミック薄膜のみを設けたコーティ
ング金型の試料３２〜３６、及びセラミック薄膜を有し
ない金型の試料３７も用意した。即ち、試料３２〜３６
では、通常の成膜装置を使用して真空アーク放電を用い
たイオンプレーティング法により、上記と同じＳＫＤ６
１製の金型本体の表面に、表２に示す単独のセラミック
薄膜を形成した。また、試料３８〜４４の金型は、各セ
ラミック薄膜の組成や膜厚等を本発明の範囲外とした比
較例である。
【００２８】次に、上記の各試料の金型について、離型
剤を塗布することなく、Ｍｇ−１０重量％Ａｌ合金のチ
クソ成形加工を行い、連続操業回数及び金型表面の耐焼
き付き状態を評価して、その結果を表１及び表２に併せ
て示した。尚、成形時の金型温度は約２５０℃、半溶融
状態のＭｇ−Ａｌ合金の温度は５００〜５５０℃とし
た。尚、表１及び表２に示すセラミック薄膜の組成中の
数字は原子％を意味し、オージェ分析を用いて測定し
た。また、Ｔｉ化合物系の第２のセラミック薄膜の硬度
Ｈｋは、測定荷重２０ｇｆのヌープ硬度計を用いて測定
したビッカース硬度（ヌープ硬度Ｈｋ）であり、５回測
定の平均値を示す。
剤を塗布することなく、Ｍｇ−１０重量％Ａｌ合金のチ
クソ成形加工を行い、連続操業回数及び金型表面の耐焼
き付き状態を評価して、その結果を表１及び表２に併せ
て示した。尚、成形時の金型温度は約２５０℃、半溶融
状態のＭｇ−Ａｌ合金の温度は５００〜５５０℃とし
た。尚、表１及び表２に示すセラミック薄膜の組成中の
数字は原子％を意味し、オージェ分析を用いて測定し
た。また、Ｔｉ化合物系の第２のセラミック薄膜の硬度
Ｈｋは、測定荷重２０ｇｆのヌープ硬度計を用いて測定
したビッカース硬度（ヌープ硬度Ｈｋ）であり、５回測
定の平均値を示す。
【００２９】
【表１】 第１及び第２のセラミック薄膜 最表面層 全膜厚 連続操業回数と試料 CrN系 Ti化合物系 硬度Hk 積層 CrN系(μm) (μm) 表面状態の評価 1 Cr52N48 TiN 2016 2 Cr52N48(0.1) 2.1 100,000/良好 2 Cr52N48 TiN 2014 2 Cr52N48(0.5) 2.1 100,000/良好 3 Cr52N48 TiN 2017 2 Cr52N48(1) 3 100,000/良好 4 Cr52N48 TiN 2003 2 Cr52N48(2) 4 100,000/良好 5 Cr52N48 TiN 2016 4 Cr52N48(1) 3 100,000/良好 6 Cr52N48 TiN 2015 50 Cr52N48(1) 3 100,000/良好 7 Cr52N48 TiN 2001 100 Cr52N48(1) 3 100,000/良好 8 Cr52N48 TiN 2011 1000 Cr52N48(1) 3 100,000/良好 9 Cr52N48 TiN 2001 50 Cr52N48(1) 1.5 100,000/良好 10 Cr52N48 TiN 2012 50 Cr52N48(1) 2 100,000/良好 11 Cr52N48 TiN 2009 50 Cr52N48(1) 3 100,000/良好 12 Cr52N48 TiN 2016 50 Cr52N48(1) 6 100,000/良好 13 Cr52N48 TiN 2021 50 Cr52N48(1) 11 100,000/良好 14 Cr52N48 TiN 2002 100 Cr50N50(10) 30 110,000/良好 15 Cr52N48 TiN 2003 500 Cr55N45(10) 50 120,000/良好 16 Cr52N48 TiN 2009 50 Cr60N40(20) 50 130,000/良好 17 Cr52N48 TiN 2011 50 Cr73N27(1) 3 50,000/焼付 18 Cr52N48 TiN 2010 50 Cr77N23(1) 3 10,000/焼付 19 Cr52N48 TiN 2004 50 Cr55N45(1) 3 100,000/良好 20 Cr60N40 TiN 2003 50 Cr55N45(1) 3 100,000/良好 21 Cr70N30 TiN 2006 50 Cr55N45(1) 3 100,000/良好 22 Cr75N35 TiN 2006 50 Cr55N45(1) 3 100,000/良好 23 Cr80N20 TiN 2003 50 Cr55N45(1) 3 50,000/焼付 24 Cr85N15 TiN 2030 50 Cr55N45(1) 3 10,000/焼付 25 Cr50N50 TiC 3150 50 Cr55N45(1) 3 100,000/良好 26 Cr50N50 TiCN 2522 50 Cr55N45(1) 3 100,000/良好 27 Cr50N50 Ti20Al80N 2262 50 Cr55N45(1) 3 120,000/良好 28 Cr50N50 Ti30Al70N 2532 50 Cr55N45(1) 3 200,000/良好 29 Cr50N50 Ti50Al50N 2511 50 Cr55N45(1) 3 150,000/良好 30 Cr50N50 Ti70Al30N 2516 50 Cr55N45(1) 3 150,000/良好 31 Cr50N50 Ti90Al20N 2461 50 Cr55N45(1) 3 100,000/良好 （注）表中の試料は全て本発明例である。
【００３０】
【表２】 第１及び第２のセラミック薄膜 最表面層 全膜厚 連続操業回数と試料 CrN系 Ti化合物系 硬度Hk 積層 CrN系(μm) (μm) 表面状態の評価 32＊ − − − − Cr50N50(3) 3 1,000/焼付 33＊ − − − − TiN (3) 3 20/焼付 34＊ − − − − TiC (3) 3 5/焼付 35＊ − − − − TiCN(3) 3 10/焼付 36＊ − − − − Ti50Al50N(3) 3 300/焼付 37＊ − − − − − − 1/焼付 38＊ Cr50N50 Ti15Al85N 1500 50 Cr55N45(1) 3 3,000/焼付 39＊ Cr52N48 TiN 2001 2 Cr52N48(0.01) 2.01 500/焼付 40＊ Cr52N48 TiN 2019 2 Cr52N48(0.05) 2.05 1,000/焼付 41＊ Cr52N48 TiN 2008 50 Cr52N48(0.09) 0.29 100/焼付 42＊ Cr52N48 TiN 2009 50 Cr52N48(0.08) 0.48 500/焼付 43＊ Cr52N48 TiN 2005 50 Cr80N20(0.09) 2.09 500/焼付 44＊ Cr52N48 TiN 2000 50 Cr85N15(0.08) 2.08 500/焼付 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００３１】上記の結果から分かるように、従来の単一
のセラミック薄膜のみをコーティングした試料３２〜３
６の金型では、離型剤を塗布せずに成形したとき、使用
初期の１０００ショットまでに金型表面に焼き付きが起
こり、成形作業の続行が不可能となった。また、試料３
７のセラミック薄膜を全く有しない金型は、わずか１回
のショットで焼き付きが起こった。
のセラミック薄膜のみをコーティングした試料３２〜３
６の金型では、離型剤を塗布せずに成形したとき、使用
初期の１０００ショットまでに金型表面に焼き付きが起
こり、成形作業の続行が不可能となった。また、試料３
７のセラミック薄膜を全く有しない金型は、わずか１回
のショットで焼き付きが起こった。
【００３２】これに対して本発明の試料１〜３１の金型
では、潤滑剤の塗布なしに、１万〜２０万ショットの連
続成形作業を行っても焼き付き現象を起こさず、極めて
良い状態の成型品が得られた。特に、高硬度の第２のセ
ラミック薄膜としてチタンとアルミニウムの複合窒化物
ＴｉxＡｌ100-xＮを用いた場合、金型寿命は更に延びる
ことが分かる。しかし、比較例の試料３８から分かるよ
うに、ｘの値が２０未満の場合には耐焼き付き性の向上
はみられない。
では、潤滑剤の塗布なしに、１万〜２０万ショットの連
続成形作業を行っても焼き付き現象を起こさず、極めて
良い状態の成型品が得られた。特に、高硬度の第２のセ
ラミック薄膜としてチタンとアルミニウムの複合窒化物
ＴｉxＡｌ100-xＮを用いた場合、金型寿命は更に延びる
ことが分かる。しかし、比較例の試料３８から分かるよ
うに、ｘの値が２０未満の場合には耐焼き付き性の向上
はみられない。
【００３３】また、比較例の試料３９〜４４の最表面層
の膜厚が０.１μｍ未満である金型の場合、下層のセラ
ミック薄膜（特にＴｉ化合物系薄膜）の酸化が急速に進
行してしまうことから、薄膜の剥離等が起こって焼き付
きが発生しやすく、いずれも１０００回以下のショット
で使用不可能となった。また、セラミック薄膜全体の合
計膜厚が０.５μｍ未満の試料４１〜４２では、更に金
型の寿命が短くなることが分かる。
の膜厚が０.１μｍ未満である金型の場合、下層のセラ
ミック薄膜（特にＴｉ化合物系薄膜）の酸化が急速に進
行してしまうことから、薄膜の剥離等が起こって焼き付
きが発生しやすく、いずれも１０００回以下のショット
で使用不可能となった。また、セラミック薄膜全体の合
計膜厚が０.５μｍ未満の試料４１〜４２では、更に金
型の寿命が短くなることが分かる。
【００３４】実施例２ セラミック薄膜の平滑性を上げる手段として、前記した
特開平１０−６８０７１号公報に記載されているような
特殊なアークイオンプレーティング法を用いることによ
り、実施例１と同様の金型本体の表面に、ＣｒＮ系の平
滑な第１のセラミック薄膜とＴｉＮ系の第２のセラミッ
ク薄膜を積層し、更にその上にＣｒＮ系の平滑な最表面
層を形成して、３層のセラミック薄膜を有する金型を作
製した。この改良法によれば、従来のＣｒＮ系セラミッ
ク薄膜の最大表面粗さがＲmaxで３〜４μｍ程度であっ
たものが、同１〜２μｍ程度に改善された。
特開平１０−６８０７１号公報に記載されているような
特殊なアークイオンプレーティング法を用いることによ
り、実施例１と同様の金型本体の表面に、ＣｒＮ系の平
滑な第１のセラミック薄膜とＴｉＮ系の第２のセラミッ
ク薄膜を積層し、更にその上にＣｒＮ系の平滑な最表面
層を形成して、３層のセラミック薄膜を有する金型を作
製した。この改良法によれば、従来のＣｒＮ系セラミッ
ク薄膜の最大表面粗さがＲmaxで３〜４μｍ程度であっ
たものが、同１〜２μｍ程度に改善された。
【００３５】尚、セラミック薄膜の表面粗さの評価につ
いては、最大粗さの数値が確率的要素に左右され易いた
め、下記表３の測定条件の下で平均粗さも評価したとこ
ろ、下記表４に示すのような結果となった。ただし、表
面粗さ評価用のＪＩＳ鋼種ＳＫＤ６１製試験片は、２５
ｍｍ角×厚み４ｍｍの形状で金型とは別に準備し、金型
と同時にコーティング処理した。
いては、最大粗さの数値が確率的要素に左右され易いた
め、下記表３の測定条件の下で平均粗さも評価したとこ
ろ、下記表４に示すのような結果となった。ただし、表
面粗さ評価用のＪＩＳ鋼種ＳＫＤ６１製試験片は、２５
ｍｍ角×厚み４ｍｍの形状で金型とは別に準備し、金型
と同時にコーティング処理した。
【００３６】
【表３】測定に用いた機器：東京精密（株）製サーフコ
ム５７０Ａ 測定長さ：６ｍｍ カットオフ：０.８ｍｍ 触針を動かす速度：０.３ｍｍ／秒 触針の材質：ダイヤモンド 触針の先端形状：曲率半径５μｍ、９０°円錐形状
ム５７０Ａ 測定長さ：６ｍｍ カットオフ：０.８ｍｍ 触針を動かす速度：０.３ｍｍ／秒 触針の材質：ダイヤモンド 触針の先端形状：曲率半径５μｍ、９０°円錐形状
【００３７】
【表４】コーティング前の基材表面粗さ：Ｒmax＝０.０
３μｍ、Ｒa＝０.０１μｍ コーティング薄膜の厚み：３.１μｍ 従来法によるＣｒＮ薄膜の表面粗さ：Ｒmax＝３〜４μ
ｍ、Ｒa＝０.５μｍ 改良法によるＣｒＮ薄膜の表面粗さ：Ｒmax＝１〜２μ
ｍ、Ｒa＝０.３μｍ
３μｍ、Ｒa＝０.０１μｍ コーティング薄膜の厚み：３.１μｍ 従来法によるＣｒＮ薄膜の表面粗さ：Ｒmax＝３〜４μ
ｍ、Ｒa＝０.５μｍ 改良法によるＣｒＮ薄膜の表面粗さ：Ｒmax＝１〜２μ
ｍ、Ｒa＝０.３μｍ
【００３８】この方法によりセラミック薄膜を成膜した
本発明の金型は、離型剤の塗布なしに、いずれも１５万
ショット以上の安定した成形作業を継続することができ
た。ただし、寿命の点で比較すると、積層する高硬度の
セラミック薄膜としてＴｉxＡｌ100-xＮ（２０≦ｘ＜１
００）を用いたものが最も長寿命であり、５０万ショッ
トの成形加工の後でも焼き付きは全く発生しなかった。
本発明の金型は、離型剤の塗布なしに、いずれも１５万
ショット以上の安定した成形作業を継続することができ
た。ただし、寿命の点で比較すると、積層する高硬度の
セラミック薄膜としてＴｉxＡｌ100-xＮ（２０≦ｘ＜１
００）を用いたものが最も長寿命であり、５０万ショッ
トの成形加工の後でも焼き付きは全く発生しなかった。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、マグネシウム合金のチ
クソ成形において、金型への離型剤の塗布作業を不要と
し、作業能率の向上と成形精度の改善を図ると共に、焼
き付きをなくして、金型を長期にわたり安定して使用す
ることができる。
クソ成形において、金型への離型剤の塗布作業を不要と
し、作業能率の向上と成形精度の改善を図ると共に、焼
き付きをなくして、金型を長期にわたり安定して使用す
ることができる。
【図１】金型本体にセラミック薄膜を成膜するための真
空アーク放電によるイオンプレーティング装置を示す概
略の断面図である。
空アーク放電によるイオンプレーティング装置を示す概
略の断面図である。
１ 真空容器 ２ ターゲット ３ 加熱用ヒーター ４ 保持具 ５ ガス導入口 ６ ガス排出口 ７ 金型本体
フロントページの続き (72)発明者 石井 孝也 京都府京都市南区久世殿城町575 日本ア イ・ティ・エフ株式会社内 (72)発明者 大原 久典 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 4E093 NA10 NB08 4K029 AA02 BA54 BA55 BA58 BA60 BB02 BC02 BD05
Claims (7)
- 【請求項１】 金属製又は合金製の金型本体の少なくと
もマグネシウム合金と接触する表面に、交互に２層以上
積層して形成されたクロムと窒素を主成分とする平滑な
第１のセラミック薄膜と、該第１のセラミック薄膜より
も高硬度な第２のセラミック薄膜とを備え、且つその上
に膜厚０.１μｍ以上のクロムと窒素を主成分とする平
滑なセラミック薄膜からなる最表面層を有することを特
徴とするマグネシウム合金のチクソ成形用金型。 - 【請求項２】 前記最表面層までの全セラミック薄膜の
合計膜厚が、０.５〜５０μｍであることを特徴とす
る、請求項１に記載のマグネシウム合金のチクソ成形用
金型。 - 【請求項３】 前記第１のセラミック薄膜が、５０〜７
５原子％のクロムと５０〜２５原子％の窒素とからなる
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のマグネシウ
ム合金のチクソ成形用金型。 - 【請求項４】 前記最表面層のセラミック薄膜が、５０
〜６０原子％のクロムと５０〜４０原子％の窒素とから
なることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載
のマグネシウム合金のチクソ成形用金型。 - 【請求項５】 前記第２のセラミック薄膜の硬さが、ビ
ッカース硬度で２０００ｋｇ／ｍｍ2以上であることを
特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のマグネシ
ウム合金のチクソ成形用金型。 - 【請求項６】 前記第２のセラミック薄膜が、チタンの
炭化物、窒化物、炭窒化物、又はチタンとアルミニウム
の複合窒化物から選ばれる少なくとも１種からなること
を特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のマグネ
シウム合金のチクソ成形用金型。 - 【請求項７】 前記チタンとアルミニウムの複合窒化物
が、ＴｉxＡｌ100-xＮ（但しｘは原子％を表し、２０≦
ｘ＜１００である）からなることを特徴とする、請求項
６に記載のマグネシウム合金のチクソ成形用金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22145598A JP2000052018A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | マグネシウム合金のチクソ成形用金型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22145598A JP2000052018A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | マグネシウム合金のチクソ成形用金型 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052018A true JP2000052018A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16767003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22145598A Pending JP2000052018A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | マグネシウム合金のチクソ成形用金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000052018A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7008688B2 (en) | 2001-03-13 | 2006-03-07 | Osg Corporation | Hard multilayer coating, hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating, and method of forming the hard multilayer coating |
| JP2008080353A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Hitachi Metals Ltd | 鋳造用部材 |
-
1998
- 1998-08-05 JP JP22145598A patent/JP2000052018A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7008688B2 (en) | 2001-03-13 | 2006-03-07 | Osg Corporation | Hard multilayer coating, hard multilayer coated tool including the hard multilayer coating, and method of forming the hard multilayer coating |
| JP2008080353A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Hitachi Metals Ltd | 鋳造用部材 |
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