JP2014181388A - Metal product - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal product excellent in abrasion resistance.SOLUTION: A metal product has: a base metal in which at least a part of the surface comprises a metal member; and a hard coating which is formed by a PVD method on the surface comprising the metal member, which contains Ti atoms, Si atoms, C atoms and N atoms, and in which the ratio of Si atoms to the total amount of Ti atoms and Si atoms is 10 at% or higher and 25 at% or lower, and the ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms is 25 at% or higher and 55 at% or lower.

Description

本発明は、硬質被膜により被覆された金属製品に関する。   The present invention relates to a metal product coated with a hard coating.

ねじパンチ等の工具に代表される金属製品の長寿命化のための硬質被膜は、さまざまな組成のものが検討されている。例えば、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜は摩擦係数が低く、潤滑膜としての性能は優れるが、靱性、密着性、コスト面の課題があり、用途拡大が困難である。   Various compositions of hard coatings for extending the life of metal products represented by tools such as screw punches have been studied. For example, a DLC (diamond-like carbon) film has a low coefficient of friction and excellent performance as a lubricating film, but there are problems in toughness, adhesion, and cost, and it is difficult to expand applications.

例えば、特許文献1には、被加工材を成形するための成形部と該成形部の支持部本体からなるステンレス材用圧造工具において、当該成形部表面にDLC被膜を被覆してなるステンレス材用圧造工具が開示されている。   For example, in Patent Document 1, in a stainless steel forging tool composed of a molding part for molding a workpiece and a support part main body of the molding part, the surface of the molding part is coated with a DLC film. A forging tool is disclosed.

また、特許文献2には、鉄系合金製基材上に被覆する被膜であって、V(1−X)から成り、かつXは70at%超95at%以下であるバナジウム含有被膜とし、鉄系合金製基材上にV被膜、V(1−Y)被膜(ただし、Yは原子%で40at%以上60at%以下)から成る複合被膜を被覆させた後に、V(1−X)から成り、かつXは70at%超95at%以下であるバナジウム含有被膜を被覆した金型および工具が開示されている。 Patent Document 2 discloses a vanadium-containing film which is a film coated on a base material made of an iron-based alloy, which is made of V (1-X) C X , and X is more than 70 at% and not more than 95 at%. V coatings on ferrous alloy substrate, V (1-Y) C Y coatings (where, Y is 60at% or less than 40 at% in atomic percent) in the after-coated composite film consisting of, V (1-X ) a C X, and X is vanadium coating the coated mold and tool is disclosed or less 70 at% super 95 at%.

特開2003−112229号公報JP 2003-112229 A 特開2010−202948号公報JP 2010-202948 A

金属製品は、様々な対象部材に対して接触させて用いられるものであり、この対象部材と接触する箇所には従来から耐摩耗性が求められていた。
本発明は、耐摩耗性に優れた金属製品を提供することを目的とする。
Metal products are used by being brought into contact with various target members. Conventionally, wear resistance has been required for the portions in contact with the target members.
An object of this invention is to provide the metal product excellent in abrasion resistance.

上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
請求項1の発明は、
表面の少なくとも一部が金属部材からなる母材と、
前記金属部材からなる表面上に、PVD法により形成され、Ti原子、Si原子、C原子、N原子を含有し、前記Ti原子とSi原子との合計量に対する前記Si原子の比が10at%以上25at%以下且つ前記C原子とN原子との合計量に対する前記C原子の比が25at%以上55at%以下である硬質被膜と、
を有する金属製品である。
In order to achieve the above object, the following invention is provided.
The invention of claim 1
A base material in which at least a part of the surface is made of a metal member;
The surface of the metal member is formed by the PVD method, contains Ti atoms, Si atoms, C atoms, N atoms, and the ratio of the Si atoms to the total amount of Ti atoms and Si atoms is 10 at% or more. A hard coating having a ratio of the C atoms of 25 at% or less and a total amount of the C atoms and N atoms of 25 at% or more and 55 at% or less;
It is a metal product having

請求項2の発明は、
前記硬質被膜の、ナノインデンテーション法による硬度が15GPa以上35GPa以下である請求項1に記載の金属製品である。
The invention of claim 2
2. The metal product according to claim 1, wherein the hardness of the hard coating by a nanoindentation method is 15 GPa or more and 35 GPa or less.

請求項3の発明は、
前記硬質被膜が、単層の膜である請求項1または請求項2に記載の金属製品である。
The invention of claim 3
The metal product according to claim 1, wherein the hard coating is a single-layer film.

請求項4の発明は、
前記硬質被膜が、硬度が異なる複数の層の積層膜である請求項1または請求項2に記載の金属製品である。
The invention of claim 4
The metal product according to claim 1, wherein the hard coating is a laminated film of a plurality of layers having different hardnesses.

請求項5の発明は、
前記積層膜は、最表面を構成する最表層の硬度が該最表層と接する下層の硬度よりも低い請求項4に記載の金属製品である。
The invention of claim 5
The said laminated film is a metal product of Claim 4 whose hardness of the outermost layer which comprises outermost surface is lower than the hardness of the lower layer which touches this outermost layer.

請求項6の発明は、
前記硬質被膜の表面の、下記測定条件でのボールオンディスク法による摩擦係数が0.1以上0.4以下である請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の金属製品である。
[測定条件]
・相手材:φ6mmのSUS304ボール
・荷重:5N
・回転速度:10cm/sec
・回転半径:3mm
・摩擦距離:1000m
・環境:無潤滑環境
The invention of claim 6
6. The metal product according to claim 1, wherein the surface of the hard coating has a friction coefficient of 0.1 or more and 0.4 or less by a ball-on-disk method under the following measurement conditions.
[Measurement condition]
-Opposing material: SUS304 ball of φ6mm-Load: 5N
・ Rotation speed: 10cm / sec
・ Rotating radius: 3mm
・ Friction distance: 1000m
・ Environment: Unlubricated environment

請求項1の発明によれば、耐摩耗性が向上した金属製品が提供される。   According to the invention of claim 1, a metal product with improved wear resistance is provided.

請求項2の発明によれば、耐久性が向上した金属製品が提供される。   According to the invention of claim 2, a metal product with improved durability is provided.

請求項3の発明によれば、硬質被膜の形成が容易な金属製品が提供される。   According to invention of Claim 3, the metal product with which formation of a hard film is easy is provided.

請求項4の発明によれば、耐久性が向上した金属製品が提供される。   According to the invention of claim 4, a metal product having improved durability is provided.

請求項5の発明によれば、被接触部材(対象部材)とのなじみ性に優れる金属製品が提供される。   According to the fifth aspect of the present invention, a metal product having excellent compatibility with the contacted member (target member) is provided.

請求項6の発明によれば、耐摩耗性が向上した金属製品が提供される。   According to the invention of claim 6, a metal product with improved wear resistance is provided.

本発明に係る金属製品の一種であるねじ頭部成形用パンチの一例を示す概略図であり、(A)は正面図を、(B)は(A)における左側面図を、(C)は突出部の拡大図を表す。It is the schematic which shows an example of the punch for screw head shaping | molding which is a kind of metal product which concerns on this invention, (A) is a front view, (B) is a left view in (A), (C) is The enlarged view of a protrusion part is represented. 図1に示されるねじ頭部成形用パンチにより加工された+形孔を有する皿ねじの一例を示す概略図であり、(A)は正面図を、(B)は(A)における左側面図を表す。It is the schematic which shows an example of the countersunk screw which has the + shaped hole processed with the punch for screw head shaping | molding shown by FIG. 1, (A) is a front view, (B) is the left view in (A). Represents.

以下、本発明に係る金属製品について詳細に説明する。   Hereinafter, the metal product according to the present invention will be described in detail.

本発明に係る金属製品は、母材と硬質被膜とを有する。母材は、表面の少なくとも一部が金属部材からなる。また、硬質被膜は少なくとも前記金属部材からなる表面上に形成される。この硬質被膜は、PVD(Physical Vapor Deposition/物理蒸着)法により形成され、Ti原子、Si原子、C原子、N原子を含有し、前記Ti原子とSi原子との合計量に対する前記Si原子の比が10at%以上25at%以下(つまり組成「Ti(1−x)Si」におけるxが0.1以上0.25以下)であり、且つ前記C原子とN原子との合計量に対する前記C原子の比が25at%以上55at%以下(つまり組成「C(1−y)」におけるyが0.25以上0.55以下)である。 The metal product according to the present invention has a base material and a hard coating. At least a part of the surface of the base material is made of a metal member. The hard coating is formed on at least the surface made of the metal member. This hard coating is formed by PVD (Physical Vapor Deposition / Physical Vapor Deposition), contains Ti atoms, Si atoms, C atoms, N atoms, and the ratio of the Si atoms to the total amount of Ti atoms and Si atoms. Is 10 at% or more and 25 at% or less (that is, x in the composition “Ti (1-x) Si x ” is 0.1 or more and 0.25 or less), and the C atoms with respect to the total amount of the C atoms and N atoms The ratio is 25 at% or more and 55 at% or less (that is, y in the composition “C y N (1-y) ” is 0.25 or more and 0.55 or less).

本発明における金属製品は、母材の対象部材と接触する箇所が少なくとも金属部材で形成されており、且つこの金属部材の表面が上記硬質被膜で被覆される。
ここで本発明における金属製品としては、例えば、ねじの頭部に+形などの孔を成形するねじ頭部成形用パンチ、金属板等の打ち抜きなどに用いられるパンチ等の工具;ポンプ用ベーン等の機械部品;ポンチやダイ、金属板等の曲げや絞りなどに用いられる成形用ダイス、プレス成形用金型等の金型;ドリル、エンドミル等の切削工具等が挙げられる。
In the metal product according to the present invention, at least a portion that contacts the target member of the base material is formed of the metal member, and the surface of the metal member is covered with the hard coating.
Here, as the metal product in the present invention, for example, a screw head forming punch for forming a + -shaped hole in the screw head, a tool such as a punch used for punching a metal plate, etc .; a pump vane, etc. Machine parts; molds used for bending and drawing of punches, dies, metal plates and the like; dies such as press molds; cutting tools such as drills and end mills.

金属製品は、様々な対象部材に対して例えば衝撃を加えたり圧力を加えるなど、様々な態様で対象部材と接触させて用いられ、この対象部材と接触する箇所には従来から耐摩耗性が求められている。   Metal products are used in contact with the target member in various modes, such as applying an impact or pressure to various target members. Conventionally, wear resistance is required at the point of contact with the target member. It has been.

例えば、金属製品の一種であるねじ頭部成形用パンチを例にして説明する。図1はねじ頭部形成用パンチの一例を示す概略図であり、(A)は正面図を、(B)は(A)における左側面図を、(C)は突出部の拡大図を表す。図1に示すねじ頭部成形用パンチ(以下単に「ねじパンチ」とも称す)は、本体1の端部(図中左側)に成形部2を有し、成形部2には図1(B)に示すように、中央にねじ頭部に孔を成形するための突出部3を有する。この突出部3を拡大したのが図1(C)である。   For example, a screw head forming punch, which is a kind of metal product, will be described as an example. 1A and 1B are schematic views showing an example of a screw head forming punch. FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a left side view of FIG. 1A, and FIG. . A screw head forming punch shown in FIG. 1 (hereinafter, also simply referred to as “screw punch”) has a forming portion 2 at an end portion (left side in the figure) of the main body 1, and the forming portion 2 has FIG. As shown in FIG. 2, a protrusion 3 for forming a hole in the screw head is provided at the center. FIG. 1C is an enlarged view of the protrusion 3.

また、図2は上記ねじパンチによって成形される+形の孔を有する皿ねじの一例であり、(A)は正面図を、(B)は(A)における左側面図を表す。図2に示される皿ねじは、表面にねじ山が形成された本体4の一方側に、ねじパンチの成形部2によって孔5が形成される頭部6を有する。   FIG. 2 is an example of a countersunk screw having a + -shaped hole formed by the screw punch, wherein (A) represents a front view and (B) represents a left side view in (A). The countersunk screw shown in FIG. 2 has a head 6 in which a hole 5 is formed by a screw punch forming part 2 on one side of a main body 4 having a thread formed on the surface thereof.

ねじの頭部6の成形は例えば冷間圧造によって行われ、その際にねじパンチで叩き衝撃を加えることで孔5が成形される。ねじパンチは孔5の成形に繰り返して用いられるために次第に欠けや折れ等が発生することがあり、欠けや折れ等が発生したねじパンチは使用を続けることが不可能となる。そのため、長寿命なねじパンチが求められており、つまりねじの頭部6と接触する突出部3における耐久性に優れたねじパンチが求められる。
また、ねじパンチに限らず、一般的な打ち抜き用のパンチも、金属板等の打ち抜きなどに繰り返して用いられるために次第に欠けや折れ等が発生することがあり、耐久性に優れたパンチが求められる。
The screw head 6 is formed by, for example, cold heading, and the hole 5 is formed by hitting with a screw punch at that time. Since the screw punch is repeatedly used for forming the hole 5, chipping or breakage may occur gradually, and it becomes impossible to continue using the screw punch in which chipping or folding occurs. Therefore, a long-life screw punch is required, that is, a screw punch excellent in durability at the protrusion 3 that contacts the screw head 6 is required.
In addition, not only screw punches, but general punches for punching are repeatedly used for punching metal plates and the like, so that they may gradually be chipped or broken, and a punch with excellent durability is required. It is done.

また、プレス成形用金型を例にして説明すると、該金型には中に成型が施される材料が充填され密閉した状態で該材料に圧力が加えられてプレス成型が行われる。プレス成形用金型は上記の成形に繰り返して用いられるために次第に材料が充填される箇所において欠けや変形等が発生することがあり、欠けや変形等が発生したプレス成形用金型は使用を続けることが不可能となる。そのため、長寿命なプレス成形用金型が求められており、つまり充填される材料と接触する部分における耐久性に優れたプレス成形用金型が求められる。   Further, a press molding die will be described as an example. The mold is filled with a material to be molded, and pressure is applied to the material in a sealed state to perform press molding. Since the mold for press molding is repeatedly used in the above molding, chipping or deformation may occur at the portion where the material is gradually filled, and the press molding mold in which chipping or deformation has occurred may be used. It is impossible to continue. Therefore, there is a demand for a long-life press-molding die, that is, a press-molding die that is excellent in durability at a portion in contact with a material to be filled.

また、ドリルやエンドミル等の切削工具を例にして説明すると、切削工具では様々な鋼材料などの金属を切削する際に高速かつ無潤滑で切削すると、刃先に負荷が加わり刃先の摩耗が促進されることがある。また切削油を使用しない場合には、切削工具表面での切削抵抗が増大するため、切削工具の摩耗損傷を引き起こす。そのため、切削工具表面には高硬度で潤滑性に優れた被膜が求められる。   In addition, a cutting tool such as a drill or an end mill will be described as an example. When cutting a metal such as various steel materials with a cutting tool at high speed and without lubrication, a load is applied to the cutting edge to promote wear of the cutting edge. Sometimes. Further, when the cutting oil is not used, the cutting resistance on the surface of the cutting tool increases, which causes wear damage to the cutting tool. Therefore, a coating film having high hardness and excellent lubricity is required on the cutting tool surface.

尚、このねじパンチや打ち抜き用パンチ等の工具、プレス成形用金型、ドリルやエンドミル等の切削工具等と同様に、様々な対象部材に対して例えば衝撃を加えたり圧力を加えるなど様々な態様で対象部材と接触させて用いられる金属製品は、この対象部材と接触する箇所において耐摩耗性が求められていた。   In addition, as with tools such as screw punches and punches for punching, press molds, cutting tools such as drills and end mills, various modes such as applying impacts and applying pressure to various target members, etc. In the metal product used in contact with the target member, wear resistance is required at a location where the metal product is in contact with the target member.

これに対し、本発明に係る金属製品は、Ti原子、Si原子、C原子、N原子を含有し、前記Ti原子とSi原子との合計量に対する前記Si原子の比が10at%以上25at%以下且つ前記C原子とN原子との合計量に対する前記C原子の比が25at%以上55at%以下である硬質被膜を備えている。
例えば、図1(A)〜図1(C)に示されるねじパンチの場合であれば、ねじに孔5を成形する際にねじの頭部6と接触する突出部3が少なくとも上記硬質被膜により被覆される。また、打ち抜き用のパンチでは、金属板等の材料を打ち抜く際に打ち抜かれる前記材料と接触する部分が少なくとも上記硬質被膜により被覆され、金型では、成型が施される材料が充填された際に前記材料と接触する部分が少なくとも上記硬質被膜により被覆され、ドリルやエンドミル等の切削工具では、金属等の材料を切削する際に前記材料と接触する部分が少なくとも上記硬質被膜により被覆される。更に、ポンプ用ベーンであれば、ベーンのポンプ中の他の部材と摺動する部分が少なくとも上記硬質被膜により被覆される。
これにより耐摩耗性に優れ、その結果耐久性に優れた金属製品が得られる。
In contrast, the metal product according to the present invention contains Ti atoms, Si atoms, C atoms, and N atoms, and the ratio of the Si atoms to the total amount of the Ti atoms and the Si atoms is 10 at% or more and 25 at% or less. And the hard film whose ratio of the said C atom with respect to the total amount of the said C atom and N atom is 25 at% or more and 55 at% or less is provided.
For example, in the case of the screw punch shown in FIGS. 1 (A) to 1 (C), the protrusion 3 that comes into contact with the screw head 6 when the hole 5 is formed in the screw is formed by at least the hard coating. Covered. Further, in the punch for punching, when the material such as a metal plate is punched, the portion that comes into contact with the material is covered with at least the hard coating, and in the mold, the material to be molded is filled. A portion that comes into contact with the material is at least covered with the hard coating. In a cutting tool such as a drill or an end mill, a portion that comes into contact with the material when cutting a material such as metal is covered with at least the hard coating. Further, in the case of a pump vane, at least a portion of the vane that slides with other members in the pump is covered with the hard coating.
As a result, a metal product having excellent wear resistance and, as a result, excellent durability can be obtained.

この効果が奏されるメカニズムは、必ずしも明確ではないものの以下のように推察される。つまり、本発明における硬質被膜は上記の組成を満たすために摩擦係数が低減されているものと考えられる。尚、摩擦係数の低減には特にC原子が寄与し、C原子とN原子との合計量に対するC原子の比が上記下限値以上であることで低摩擦な硬質被膜が実現されているものと考えられる。そして、金属製品の対象部材と接触する箇所がこの低摩擦な硬質被膜で被覆されていることで、対象部材との接触による摩耗の発生が抑制され、その結果耐久性に優れるものと推察される。   Although the mechanism by which this effect is achieved is not necessarily clear, it is presumed as follows. That is, it is considered that the hard coating in the present invention has a reduced friction coefficient in order to satisfy the above composition. In addition, C atoms contribute particularly to the reduction of the friction coefficient, and the ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms is equal to or higher than the above lower limit value to realize a low friction hard coating. Conceivable. And since the location which contacts the object member of a metal product is coat | covered with this low-friction hard film, generation | occurrence | production of the abrasion by contact with an object member is suppressed, and it is estimated that it is excellent in durability as a result. .

次いで、本発明の金属製品を構成する各部について詳述する。   Subsequently, each part which comprises the metal product of this invention is explained in full detail.

〔母材〕
本発明に係る金属製品を構成する母材は、表面の少なくとも一部が金属部材で形成される。尚、この金属部材で構成される領域には少なくとも対象部材と接触する箇所が含まれていればよく、対象部材と接触しない箇所は金属部材で構成されていてもその他の部材で構成されていてもよい。
従って、例えば図1(A)〜図1(C)に示されるねじパンチの場合であれば、該ねじパンチの母材における突出部3が少なくとも金属部材で構成され、本体1は金属部材で構成されていてもその他の部材で構成されていてもよい。尚、ねじパンチとしては、本体1および突出部3が共に金属部材によって一体的に成形されていることがより好ましい。
また、打ち抜き用のパンチであれば、金属板等の材料を打ち抜く際に打ち抜かれる前記材料と接触する部分が少なくとも金属部材で構成され、金型であれば、成型が施される材料が充填された際に前記材料と接触する部分が少なくとも金属部材で構成され、ドリルやエンドミル等の切削工具であれば、金属等の材料を切削する際に前記材料と接触する部分が少なくとも金属部材で構成される。更に、ポンプ用ベーンであれば、ベーンのポンプ中の他の部材と摺動する部分が少なくとも金属部材で構成される。尚、打ち抜き用のパンチ、金型、切削工具、ポンプ用ベーン等の金属製品における上記以外の部分は、金属部材で構成されていてもその他の部材で構成されていてもよく、全体が金属部材によって一体的に成形されていることが好ましい。
[Base material]
As for the base material which comprises the metal product which concerns on this invention, at least one part of the surface is formed with a metal member. In addition, the area | region comprised with this metal member should just contain the location which contacts an object member at least, and the location which does not contact an object member is comprised with other members, even if it is comprised with a metal member. Also good.
Therefore, for example, in the case of the screw punch shown in FIGS. 1 (A) to 1 (C), the protruding portion 3 in the base material of the screw punch is composed of at least a metal member, and the main body 1 is composed of a metal member. Or may be composed of other members. In addition, as a screw punch, it is more preferable that the main body 1 and the protrusion part 3 are integrally shape | molded by the metal member.
In the case of a punch for punching, a portion that comes into contact with the material to be punched when punching a material such as a metal plate is composed of at least a metal member, and in the case of a die, the material to be molded is filled. The portion that comes into contact with the material at the time is made up of at least a metal member, and if it is a cutting tool such as a drill or end mill, the portion that comes into contact with the material when cutting the material such as metal is made up of at least a metal member The Furthermore, if it is a vane for pumps, the part which slides with the other member in the pump of a vane is comprised with a metal member at least. In addition, parts other than the above in metal products such as punches for punching, dies, cutting tools, and vanes for pumps may be composed of metal members or other members. It is preferable that they are integrally formed by the above.

ここで、金属部材とは金属や合金で構成される部材を表す。金属部材に用いられる金属や合金としては、例えば鋼や超硬合金等が挙げられる。
前記鋼としては、少なくとも炭素を含有する鉄(いわゆる炭素鋼)や、該炭素鋼に更に他の合金元素を含有する化合物(いわゆる特殊鋼)等の公知の鋼系材料が挙げられる。また前記超硬合金としては、タングステンカーバイト等が挙げられる。
Here, the metal member represents a member made of a metal or an alloy. Examples of the metal and alloy used for the metal member include steel and cemented carbide.
Examples of the steel include known steel materials such as iron containing at least carbon (so-called carbon steel) and compounds containing other alloy elements in the carbon steel (so-called special steel). Examples of the cemented carbide include tungsten carbide.

〔硬質被膜〕
本発明に係る金属製品は、母材の少なくとも一部における金属部材からなる表面上が硬質被膜により被覆される。
[Hard coating]
In the metal product according to the present invention, the surface of the metal member in at least a part of the base material is covered with a hard coating.

この硬質被膜は、PVD(Physical Vapor Deposition/物理蒸着)法により形成され、その組成としてTi原子、Si原子、C原子、N原子を含有する。
尚、Ti原子とSi原子との合計量に対するSi原子の比は10at%以上25at%以下(つまり組成「Ti(1−x)Si」におけるxが0.1以上0.25以下)である。更にはSi原子の比が10at%以上15at%以下であることがより好ましい。
また、Si原子とTi原子との合計量に対しSi原子の含有量は更に15at%未満であることが好ましい。15at%未満の範囲とすることにより、硬質被膜の結晶構造が微細化され、28GPa以上の高硬度を発現させることができるものと推察される。
また、Si原子量は上記上限値を超えると結晶構造が変化してしまうため、硬質被膜として好適に用いることができない。
This hard film is formed by a PVD (Physical Vapor Deposition / physical vapor deposition) method, and contains Ti atoms, Si atoms, C atoms, and N atoms as its composition.
The ratio of Si atoms to the total amount of Ti atoms and Si atoms is 10 at% or more and 25 at% or less (that is, x in the composition “Ti (1-x) Si x ” is 0.1 or more and 0.25 or less). . Further, the Si atom ratio is more preferably 10 at% or more and 15 at% or less.
Further, the content of Si atoms is preferably less than 15 at% with respect to the total amount of Si atoms and Ti atoms. By setting it to a range of less than 15 at%, it is presumed that the crystal structure of the hard coating is refined and high hardness of 28 GPa or more can be expressed.
Moreover, since the crystal structure will change if the amount of Si atoms exceeds the upper limit, it cannot be suitably used as a hard coating.

また、C原子とN原子との合計量に対するC原子の比は25at%以上55at%以下(つまり組成「C(1−y)」におけるyが0.25以上0.55以下)である。
C原子の比が上記下限値より低い場合、硬質被膜の低摩擦化が実現されず、結果として金属製品の耐久性に劣るとの課題が生じる。
The ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms is 25 at% or more and 55 at% or less (that is, y in the composition “C y N (1-y) ” is 0.25 or more and 0.55 or less). .
When the ratio of C atoms is lower than the lower limit, the hard coating cannot be reduced in friction, resulting in a problem that the durability of the metal product is inferior.

また、本発明における硬質被膜を構成する全元素において、Ti原子、Si原子、C原子、およびN原子のそれぞれが占める割合は、以下の範囲が好ましい。
Ti原子:34.5at%以上45at%以下
(より好ましくは37.5at%以上45at%以下)
Si原子:5at%以上12.5at%以下
(より好ましくは5at%以上7.5at%以下)
C原子 :12.5at%以上35at%以下
N原子 :15at%以上41.5at%以下
(より好ましくは15at%以上37.5at%以下)
Moreover, the ratio which each of Ti atom, Si atom, C atom, and N atom occupies in all the elements which comprise the hard film in this invention has the following ranges.
Ti atom: 34.5 at% or more and 45 at% or less
(More preferably 37.5 at% or more and 45 at% or less)
Si atom: 5 at% or more and 12.5 at% or less
(More preferably, 5 at% or more and 7.5 at% or less)
C atom: 12.5 at% to 35 at% N atom: 15 at% to 41.5 at%
(More preferably 15 at% or more and 37.5 at% or less)

尚、Ti原子とSi原子との合計量に対するSi原子の比、C原子とN原子との合計量に対するC原子の比、および硬質被膜におけるTi原子、Si原子、C原子、およびN原子のそれぞれの割合は、電子線マイクロアナライザー(EPMA:Electron Probe Micro Analyzer)により測定される。
具体的には、日本電子製のJXA−8500F(FE−EPMA)を用い、加速電圧:10kV、照射電流:5×10−8A、分析領域:φ50μm、使用標準資料:Ti(pure Ti)、Si(pure Si)、C(Glass Carbon)、N(AlN)、O(SiO)との測定条件にて、測定される。尚、測定結果にはO原子が含まれる場合があるが、このO原子の検出は、硬質被膜を形成する際の炉の残留ガスに起因するもので硬質被膜中に存在するものではないため、O原子を除いた原子で合わせて100%となるよう算出する。
The ratio of Si atoms to the total amount of Ti atoms and Si atoms, the ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms, and each of Ti atom, Si atom, C atom, and N atom in the hard coating The ratio is measured with an electron probe microanalyzer (EPMA: Electron Probe Micro Analyzer).
Specifically, JXA-8500F (FE-EPMA) manufactured by JEOL Ltd. is used, acceleration voltage: 10 kV, irradiation current: 5 × 10 −8 A, analysis region: φ50 μm, standard data used: Ti (pure Ti), It is measured under the measurement conditions of Si (pure Si), C (Glass Carbon), N (AlN), and O (SiO 2 ). Although the measurement results may include O atoms, the detection of the O atoms is caused by residual gas in the furnace when the hard film is formed and is not present in the hard film. Calculation is made so that the total number of atoms excluding O atoms is 100%.

・摩擦係数
本発明における硬質被膜の表面の摩擦係数は低いほど好ましく、具体的には下記の測定条件でのボールオンディスク法による摩擦係数が0.4以下であることが好ましい。また、その下限値としては特に限定されるものではないが、例えば0.1以上であることが好ましい。
-Friction coefficient It is preferable that the friction coefficient of the surface of the hard coating in this invention is low, and specifically, it is preferable that the friction coefficient by the ball on disk method on the following measurement conditions is 0.4 or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more, for example.

尚、上記摩擦係数はボールオンディスク法により測定される。具体的には、測定装置として、CSM Instruments社(スイス)製の「トライボメーター」を用い、測定装置に試験片をセットし、相手材としてφ6mmのSUS304ボールをホルダーにセットし、荷重:5N、回転速度:10cm/sec、回転半径:3mm、摩擦距離:1000m、無潤滑環境の条件で測定される。   The friction coefficient is measured by a ball on disk method. Specifically, a “tribometer” manufactured by CSM Instruments (Switzerland) is used as a measuring device, a test piece is set in the measuring device, a SUS304 ball of φ6 mm is set in a holder as a counterpart material, a load: 5 N, Measured under conditions of rotational speed: 10 cm / sec, rotational radius: 3 mm, friction distance: 1000 m, unlubricated environment.

硬質被膜の摩擦係数は、C原子とN原子との合計量に対するC原子の比、硬質被膜を構成する全元素におけるC原子の占める割合等によって制御される。   The friction coefficient of the hard coating is controlled by the ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms, the proportion of C atoms in all the elements constituting the hard coating, and the like.

・硬度
本発明における硬質被膜の、ナノインデンテーション法による硬度は15GPa以上35GPa以下であることが好ましい。
-Hardness It is preferable that the hardness by the nano indentation method of the hard film in this invention is 15 GPa or more and 35 GPa or less.

尚、本発明における硬質被膜はC原子とN原子との合計量に対するC原子の比が前述の範囲に制御されており、つまり比較的C原子を多く含んでいる。ここで、一般的にPVD法により製膜される被膜では、C原子の割合が多くなる程硬い膜となることが知られている。しかし、本発明者らは、たとえC原子を比較的多く含んだ本発明の組成比の硬質被膜であっても、PVD法により製膜する際に印加するバイアス電圧を調整することで、被膜の硬さを更に調整し得ることを見出した。尚、バイアス電圧によって硬質被膜の硬さを調整できる理由は、バイアス電圧を変えることによって結晶成長が制御できるためと考えられる。
従って、本発明においては、C原子の比が前述の範囲でありC原子を比較的多く含んでいる硬質被膜であるにも関わらず、この硬質被膜の硬さをより硬い方向や、逆に柔らかい方向に調整することもできる。
In the hard coating according to the present invention, the ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms is controlled within the above-described range, that is, it contains a relatively large amount of C atoms. Here, it is known that a film generally formed by the PVD method becomes a hard film as the proportion of C atoms increases. However, the present inventors have adjusted the bias voltage applied when the film is formed by the PVD method, even if it is a hard film of the present invention containing a relatively large amount of C atoms. It has been found that the hardness can be further adjusted. The reason why the hardness of the hard coating can be adjusted by the bias voltage is considered to be that crystal growth can be controlled by changing the bias voltage.
Therefore, in the present invention, the hardness of the hard film is in a harder direction or softer in spite of the hard film in which the ratio of C atoms is in the above-mentioned range and contains a relatively large amount of C atoms. You can also adjust the direction.

尚、硬質被膜は、ある程度柔らかくすることで高い靱性が得られ耐衝撃性が高められるため、結果として耐久性を向上し得る。一方、ある程度硬くすることで耐変形性が得られ、結果として耐久性を向上し得る。
耐変形性を求めてより硬い膜とする場合には、硬度は30GPa以上35GPa以下がより好ましい。
一方、靱性を求めてより柔らかい膜とする場合には、硬度は10GPa以上20GPa以下がより好ましい。
In addition, since a hard film can be softened to some extent, high toughness can be obtained and impact resistance can be improved, and as a result, durability can be improved. On the other hand, deformation resistance can be obtained by hardening to some extent, and as a result, durability can be improved.
In the case of obtaining a harder film in order to obtain deformation resistance, the hardness is more preferably 30 GPa or more and 35 GPa or less.
On the other hand, when the toughness is obtained and a softer film is obtained, the hardness is more preferably 10 GPa or more and 20 GPa or less.

尚、上記硬度はナノインデンテーション法により測定される。具体的には、測定装置としてCSM Instruments社(スイス)製の製品名ナノハードネステスターを用い、測定条件を荷重5mNに調整して測定される。   The hardness is measured by a nanoindentation method. Specifically, the product name Nanohardness tester manufactured by CSM Instruments (Switzerland) is used as a measuring device, and the measurement condition is adjusted to a load of 5 mN.

硬質被膜の硬度は、C原子とN原子との合計量に対するC原子の比、硬質被膜を構成する全元素におけるC原子の占める割合、PVD法により硬質被膜を製膜する際に印加するバイアス電圧等によって制御される。つまり、C原子の比、割合が多いほど硬い膜となり、バイアス電圧が高いほど硬い膜となる。   The hardness of the hard coating is the ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms, the proportion of C atoms in all elements constituting the hard coating, and the bias voltage applied when the hard coating is formed by the PVD method. Controlled by etc. That is, the higher the C atom ratio and ratio, the harder the film, and the higher the bias voltage, the harder the film.

・硬質被膜の態様(単層膜)
本発明における硬質被膜は、1層からなる単層の膜であってもよい。単層の膜であることにより形成が容易に行える。
-Hard coating mode (single layer film)
The hard coating in the present invention may be a single-layer film consisting of one layer. A single layer film can be easily formed.

・単層膜の形成方法
ここで、硬質被膜が単層膜である場合のPVD法による形成方法について説明する。
本発明における硬質被膜は、PVD法であればいかなる方法によって形成してもよく、例えばイオンプレーティング法、スパッタリング法、蒸着法等の方法が挙げられるが、イオンプレーティング法が被膜の密着性を挙げることができるため、好ましい。
-Formation method of a single layer film | membrane Here, the formation method by PVD method in case a hard film is a single layer film | membrane is demonstrated.
The hard coating in the present invention may be formed by any method as long as it is a PVD method, and examples thereof include an ion plating method, a sputtering method, a vapor deposition method, and the like. It is preferable because it can be mentioned.

中でもカソードアーク放電方式によって形成することが好ましく、複数の金属元素を添加したカソードターゲットをアーク放電で溶融させた際、ターゲット組成と成膜された膜組成の差が比較的少ないため、好ましい。
金属成分の蒸発源としてTiおよびSiを含むターゲットをセットし、反応ガスとしてNガスおよびCHガスを流しながら、被覆基体温度、反応ガス圧力、印加するバイアス電圧を調整して成形を行う。反応ガスであるNガスおよびCHガスの流量を調整することで、硬質被膜におけるC原子とN原子の比が調整される。
In particular, the cathode arc discharge method is preferable, and when a cathode target to which a plurality of metal elements are added is melted by arc discharge, the difference between the target composition and the formed film composition is relatively small.
A target containing Ti and Si is set as an evaporation source of the metal component, and molding is performed while N 2 gas and CH 4 gas are allowed to flow as reaction gases, and the coating substrate temperature, reaction gas pressure, and applied bias voltage are adjusted. The ratio of C atoms to N atoms in the hard coating is adjusted by adjusting the flow rates of the reaction gas N 2 gas and CH 4 gas.

尚、PVD法により製膜する際に印加するバイアス電圧としては、例えばC原子とN原子との合計量に対するC原子の比が30at%以上の硬質被膜を対象とする場合であれば、耐変形性を求めてより硬い膜とする場合には、−100Vとすることが好ましく、一方、靱性を求めてより柔らかい膜とする場合には、−50Vとすることが好ましい。   In addition, as a bias voltage applied when forming a film by the PVD method, for example, when a hard film having a ratio of C atoms to a total amount of C atoms and N atoms of 30 at% or more is targeted, deformation resistance In the case of obtaining a harder film in view of the properties, it is preferably −100V. On the other hand, in the case of obtaining a softer film in order to obtain the toughness, it is preferably −50V.

・硬質被膜の態様(積層膜)
本発明における硬質被膜は、硬度が異なる複数の層からなる積層膜であってもよい。硬度が異なる複数の層からなることにより、より柔らかい層による高い靱性とより硬い層による耐変形性との相乗効果により耐久性が向上する。
また、被膜として例えば単層の脆性材料であるセラミックス膜を形成した場合であれば、負荷がかかった際に破壊が一気に進展し膜剥がれが生じることがある。しかし、本発明において上記のように硬度が異なる複数の層からなる積層膜を硬質皮膜として形成することで、膜の破壊が積層間でとどまり、被膜の摩滅も抑制されることで、耐久性が向上する。
-Hard coating mode (laminate film)
The hard film in the present invention may be a laminated film composed of a plurality of layers having different hardnesses. By comprising a plurality of layers having different hardnesses, durability is improved by a synergistic effect of high toughness due to the softer layer and deformation resistance due to the harder layer.
Further, when a ceramic film, which is a single-layer brittle material, is formed as a coating, for example, when a load is applied, breakage may progress all at once and the film may peel off. However, in the present invention, by forming a laminated film composed of a plurality of layers having different hardnesses as described above as a hard film, the destruction of the film remains between the laminations, and the wear of the film is also suppressed, so that the durability is improved. improves.

尚、積層膜とする場合には、硬質被膜の最表面を構成する最表層の硬度が該最表層と接する下層(最表面から2番目の層)の硬度よりも低いことが好ましい。最表層の硬度がそれと接する下層の硬度よりも低いことにより、本発明に係る金属製品と接触する被接触部材(対象部材)とのなじみ性に優れる。   In the case of a laminated film, the hardness of the outermost layer constituting the outermost surface of the hard coating is preferably lower than the hardness of the lower layer (second layer from the outermost surface) in contact with the outermost layer. Since the hardness of the outermost layer is lower than the hardness of the lower layer in contact with the outermost layer, the compatibility with the contacted member (target member) in contact with the metal product according to the present invention is excellent.

・積層膜の形成方法
積層膜の形成は、前述の単層膜の形成に準じて行われる。尚、PVD法によって硬さの異なる層を積層する方法としては、被膜を形成する際において、反応ガスの流量を途中で変化させる方法、印加するバイアス電圧を途中で変化させる方法等が挙げられ、その切り替えの時点から硬さの異なる層が積層される。
-Formation method of laminated film Formation of a laminated film is performed according to formation of the above-mentioned single layer film. In addition, as a method of laminating layers having different hardness by the PVD method, a method of changing the flow rate of the reaction gas in the middle of forming a coating, a method of changing the bias voltage to be applied, and the like can be given. Layers of different hardness are laminated from the time of switching.

硬さの異なる複数の層を積層する場合、被膜の破壊の進展を抑制するとの観点から積層数は多い方が好ましく、例えば2層以上10層以下の層を積層することが好ましい。   When laminating a plurality of layers having different hardnesses, it is preferable that the number of laminations is large from the viewpoint of suppressing the progress of the destruction of the coating. For example, it is preferable to laminate two to ten layers.

・硬質被膜の膜厚
本発明における硬質被膜の厚さは、特に限定されるものではないが、1μm以上20μm以下が好ましく、2μm以上10μm以下がより好ましい。
-Film thickness of hard coating Although the thickness of the hard coating in this invention is not specifically limited, 1 micrometer or more and 20 micrometers or less are preferable, and 2 micrometers or more and 10 micrometers or less are more preferable.

・窒化層の形成
尚、本発明の金属製品においては、母材上に前記硬質被膜を形成する前に、金属部材からなる表面上に窒化層を形成し、この窒化層を介して硬質被膜を形成してもよい。
-Formation of nitride layer In the metal product of the present invention, before forming the hard coating on the base material, a nitride layer is formed on the surface made of a metal member, and the hard coating is formed via the nitride layer. It may be formed.

窒化層は、例えば、基部となる金属部材を300℃以上650℃以下の温度に保持し、NHガスとHガスを用いて、金属部材の表面に0.001mA/cm以上2.0mA/cm以下の電流密度のグロー放電を行いイオン窒化することにより形成される。 The nitride layer, for example, holds the base metal member at a temperature of 300 ° C. or more and 650 ° C. or less, and uses NH 3 gas and H 2 gas to form 0.001 mA / cm 2 or more and 2.0 mA on the surface of the metal member. It is formed by performing glow discharge with a current density of / cm 2 or less and ion nitriding.

窒素層を介在させることにより、母材の持つ靱性を生かしつつ、窒化層のみを硬化することになる。このことは、窒化層の上に形成される硬質被膜の受ける負荷を緩衝し、結果的に硬質被膜の密着性を改善し、硬質被膜の特性を十分に発揮させることが可能となる。   By interposing the nitrogen layer, only the nitride layer is cured while taking advantage of the toughness of the base material. This buffers the load received by the hard coating formed on the nitride layer, and as a result, improves the adhesion of the hard coating and makes it possible to fully exhibit the properties of the hard coating.

以下に実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   Examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
・母材の準備
まず、ねじパンチ(母材)として、図1(A)〜図1(C)に示される形状を有する日発精密工業社製の商品名JISM4皿頭ねじ用仕上げパンチ(全体が鋼系部材で構成されるねじパンチ)を準備した。
また、膜特性評価用試験片として以下の試験片を準備した。
(試験片1)SKH51材の20mm角、厚み2mmで片面を鏡面研磨した平板試験片
(試験片2)φ6mmのSKH51材ドリル
(試験片3)φ15mm、長さ60mmのSKH51材の冷間鍛造用プレスのパンチ
(試験片4)外径36mm、内径10.5mm、厚さ7mmのSKD11材のダイス
<Example 1>
・ Preparation of base material First, as a screw punch (base material), a finish punch for a brand name JISM4 flat head screw made by Nissei Seimitsu Kogyo Co., Ltd. having the shape shown in FIG. 1 (A) to FIG. 1 (C) Prepared a screw punch made of steel members.
Moreover, the following test pieces were prepared as film characteristic evaluation test pieces.
(Test piece 1) Flat test piece of SKH51 material 20 mm square, thickness 2 mm and mirror polished on one side (Test piece 2) φ6 mm SKH51 material drill (test piece 3) For cold forging of SKH51 material with φ15 mm and length 60 mm Press punch (test piece 4) SKD11 die with an outer diameter of 36 mm, an inner diameter of 10.5 mm, and a thickness of 7 mm

・窒化層の形成
上記ねじパンチの突出部3を含む成形部2、および(試験片2)SKH51材ドリルを除く(試験片1、3、4)の膜特性評価用試験片に、まず窒化層を形成した。処理はラジカル窒化装置を用いており、反応ガスであるNH、Hを所定のガス比率で混合し、ヒーター加熱温度を500℃以下の条件の下で3時間の処理を行った。
Formation of Nitride Layer First, a nitride layer is formed on the test piece for film characteristic evaluation of (test piece 1, 3, 4) excluding the molding part 2 including the protruding part 3 of the screw punch and (test piece 2) SKH51 material drill. Formed. The treatment was performed using a radical nitriding apparatus, and NH 3 and H 2 as reaction gases were mixed at a predetermined gas ratio, and the treatment was performed for 3 hours under the condition that the heater heating temperature was 500 ° C. or less.

・硬質被膜の形成
次に、窒化層を形成したねじパンチおよび(試験片1、3、4)の膜特性評価用試験片、並びに窒化層を形成していない(試験片2)の膜特性評価用試験片を、アークイオンプレーティング装置(神戸製鋼所製のAIP−S20)に入れ、Arイオンによるボンバードメント処理を行い、金属成分の蒸発源であるTiSiターゲット、および反応ガスであるNガスおよびCHガスを導入し、被覆基体温度400℃、チャンバー内圧力5Paの条件下にて硬質被膜を形成した。
尚、この際のNガスの流量は290ml/min、CHガスの流量は290ml/min、バイアス電圧は50Vに調整した。
得られた硬質被膜の厚さは、2.2μmであった。
Formation of Hard Film Next, a screw punch having a nitride layer formed thereon, a test piece for evaluating film characteristics of (test pieces 1, 3, 4), and a film characteristic evaluation of having no nitride layer formed (test piece 2) The test piece is placed in an arc ion plating apparatus (AIP-S20 manufactured by Kobe Steel), subjected to bombardment treatment with Ar ions, a TiSi target that is an evaporation source of metal components, and N 2 gas that is a reaction gas. And a CH 4 gas were introduced, and a hard coating was formed under the conditions of a coating substrate temperature of 400 ° C. and a chamber pressure of 5 Pa.
At this time, the flow rate of N 2 gas was adjusted to 290 ml / min, the flow rate of CH 4 gas was adjusted to 290 ml / min, and the bias voltage was adjusted to 50V.
The thickness of the hard coating obtained was 2.2 μm.

こうして、成形部2に窒化層と単層からなる硬質被膜とを形成したねじパンチ、窒化層と単層からなる硬質被膜とを形成した(試験片1、3、4)の膜特性評価用試験片、および単層からなる硬質被膜を形成した(試験片2)の膜特性評価用試験片を作製した。
得られたねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片について、前述の方法により硬質被膜を構成する全元素におけるTi原子、Si原子、C原子、およびN原子のそれぞれの割合、Ti原子とSi原子との合計量に対するSi原子の比(Si/(Ti+Si))、C原子とN原子との合計量に対するC原子の比(C/(C+N))、ボールオンディスク法による摩擦係数、ナノインデンテーション法による硬度を測定した。結果を下記表1に示す。
In this way, a screw punch having a nitride layer and a single layer hard coating formed on the molded part 2, and a film characteristic evaluation test of the nitride layer and a single layer hard coating (test pieces 1, 3, 4). A test piece for film characteristic evaluation of a piece and a hard coating consisting of a single layer (test piece 2) was prepared.
About the obtained screw punch and the test piece for film property evaluation of (Test pieces 1 to 4), the respective proportions of Ti atom, Si atom, C atom, and N atom in all elements constituting the hard coating by the above-described method The ratio of Si atoms to the total amount of Ti atoms and Si atoms (Si / (Ti + Si)), the ratio of C atoms to the total amount of C atoms and N atoms (C / (C + N)), by the ball-on-disk method The coefficient of friction and hardness by the nanoindentation method were measured. The results are shown in Table 1 below.

<実施例2>
実施例1の硬質被膜の形成において、Nガスの流量を440ml/minに、CHガスの流量を220ml/minに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Example 2>
In the formation of the hard coating of Example 1, a screw punch and a test piece were formed in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of N 2 gas was changed to 440 ml / min and the flow rate of CH 4 gas was changed to 220 ml / min. 1-4) The test piece for film | membrane characteristic evaluation was produced.

<比較例1>
実施例1の硬質被膜の形成において、Nガスの流量を600ml/minに、CHガスの流量を150ml/minに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Comparative Example 1>
In the formation of the hard coating of Example 1, the screw punch and the test piece were made in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of N 2 gas was changed to 600 ml / min and the flow rate of CH 4 gas was changed to 150 ml / min. 1-4) The test piece for film | membrane characteristic evaluation was produced.

<比較例2>
実施例1の硬質被膜の形成において、Nガスの流量を670ml/minに、CHガスの流量を80ml/minに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Comparative example 2>
In the formation of the hard coating of Example 1, the screw punch and the test piece were made in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of N 2 gas was changed to 670 ml / min and the flow rate of CH 4 gas was changed to 80 ml / min. 1-4) The test piece for film | membrane characteristic evaluation was produced.

<比較例3>
実施例1の硬質被膜の形成において、Nガスの流量を750ml/minに、CHガスの流量を0ml/minに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Comparative Example 3>
In the formation of the hard coating of Example 1, a screw punch and a test piece were formed in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of N 2 gas was changed to 750 ml / min and the flow rate of CH 4 gas was changed to 0 ml / min. 1-4) The test piece for film | membrane characteristic evaluation was produced.

Figure 2014181388
Figure 2014181388

〔評価試験〕
・ボールオンディスク摩耗試験
硬質被膜における潤滑性および耐摩耗性を、ボールオンディスク摩耗試験にて評価した。
試験は、CSM Instruments社(スイス)製「トライボメーター」を用いた。試験機に試験片をセットし、相手材にφ6mmのSUS304ボールをホルダーにセットした。荷重:5N、回転速度:10cm/sec、回転半径:3mm、摩擦距離:1000m、無潤滑環境で試験を行った。
上記試験により得られた結果は1000m試験後の試験片の摩耗痕で凝着が発生しているかどうか、摩擦係数は一般的な鋼材同士の摩擦係数(0.5〜0.6)を下回っているか、凝着発生を意味する0.8以上になっていないか、を以下の評価基準により評価した。
◎:凝着せず、摩擦係数0.5以下で安定した摩擦挙動を示す
○:凝着せず、摩擦係数0.5を超え0.8未満であるが安定した摩擦挙動を示す
△:摩擦係数は0.5を超え0.8未満であり、試験途中で凝着を発生した
×:摩擦係数0.8以上を示し、凝着が発生している
〔Evaluation test〕
Ball-on-disk wear test The lubricity and wear resistance of the hard coating were evaluated by a ball-on-disk wear test.
The test used a “tribometer” manufactured by CSM Instruments (Switzerland). A test piece was set on a testing machine, and a SUS304 ball having a diameter of 6 mm was set on a holder. The test was performed in a non-lubricated environment under a load of 5 N, a rotation speed of 10 cm / sec, a rotation radius of 3 mm, a friction distance of 1000 m.
The result obtained by the above test is whether or not adhesion has occurred in the wear mark of the test piece after the 1000 m test, and the friction coefficient is lower than the friction coefficient (0.5 to 0.6) between general steel materials. It was evaluated according to the following evaluation criteria whether it was 0.8 or more which means the occurrence of adhesion.
◎: No adhesion, stable frictional behavior with a friction coefficient of 0.5 or less ○: No adhesion, stable frictional behavior exceeding 0.5 and less than 0.8, but △: Friction coefficient is More than 0.5 and less than 0.8, and adhesion occurred in the middle of the test. X: The coefficient of friction was 0.8 or more, and adhesion occurred.

・ドリル切削試験
前記(試験片2)のドリルの試験片を用い、以下の試験により、硬質被膜におけるドリル切削性能を評価した。
試験方法は、ドリル切削加工により形成できた穴の数により評価した。切削条件は被削材がSUS板厚さ2T、切削速度50m/分、送り0.2mm/RPM、貫通穴とした。
-Drill cutting test Using the test piece of the drill of (Test piece 2), the drill cutting performance in the hard coating was evaluated by the following test.
The test method was evaluated by the number of holes formed by drilling. The cutting conditions were such that the work material was SUS plate thickness 2T, cutting speed 50 m / min, feed 0.2 mm / RPM, and through hole.

・金型加工性能試験(後方押出プレス試験)
前記(試験片3)の冷間鍛造用プレスのパンチの試験片を用い、以下の試験により、硬質被膜における金型加工性能を評価した。
試験方法は、冷間鍛造用プレスのナックルジョイント型160tプレス機を用い、被加工材であるSS400(ボンデ処理品)の加工前寸法、直径19.7mm、高さ14.0mmのものを、前記実施例および比較例でのコーティング処理済の試験パンチでショットプレスを行い、底厚5mmの厚さにまで圧延し、この試験を150ショット繰り返した。ショットプレス後の試験パンチに施した被膜の剥がれの有無を確認した。
上記試験により得られた結果を、以下の評価基準により評価した。
◎:150ショット加工可能であった。加工後もパンチ表面に傷は見られない
○:150ショット加工可能であった。加工後パンチ表面に被膜の剥がれが見られた
×:150ショット加工できず、途中でパンチのかじりが発生した
-Mold processing performance test (rear extrusion press test)
Using the test piece of the cold forging press punch described above (Test piece 3), the die processing performance of the hard coating was evaluated by the following test.
The test method uses a cold forging press knuckle joint type 160t press machine, the pre-working dimensions of SS400 (bonded product) as the work material, diameter 19.7 mm, height 14.0 mm, A shot press was performed with the test punches that had been coated in the examples and comparative examples, rolled to a thickness of 5 mm at the bottom, and this test was repeated 150 shots. The presence or absence of peeling of the coating applied to the test punch after the shot press was confirmed.
The results obtained from the above tests were evaluated according to the following evaluation criteria.
A: 150 shots could be processed. No scratches were found on the punch surface even after processing. ○: 150 shots could be processed. After processing, peeling of the film was observed on the punch surface. ×: 150 shots could not be processed, and punch galling occurred midway

・金型加工性能試験(深絞りプレス試験)
前記(試験片4)のダイスの試験片を用い、以下の試験により、硬質被膜における金型加工性能を評価した。
試験方法は、皮膜を被覆したダイスの性能をアルミニウム絞り加工により形成できた製品の数により評価した。被加工材料がA1100アルミニウム板厚さ0.4T、切削油は強粘性プレス油を使用し、加工速度は30spmで加工した。加工数として30,000個を定数とした。
-Mold processing performance test (deep drawing press test)
The die processing performance of the hard coating was evaluated by the following test using the test piece of the die of (Test piece 4).
In the test method, the performance of the die coated with the film was evaluated by the number of products formed by aluminum drawing. The material to be processed was A1100 aluminum plate thickness 0.4T, the cutting oil was a highly viscous press oil, and the processing speed was 30 spm. The number of processing was set at a constant of 30,000.

・パンチ寿命試験
前記ねじパンチを用い、以下の試験により、皿頭部分に+形の孔が未形成であるねじに対して孔を形成し、寿命までの本数を確認した。
試験方法は、中島田製ダブルヘッダー(NS41)により回転数160rpm、ねじ線材SUSXM7、線径3.45mm、潤滑油ナニワルーブにて食い付き限界寿命を評価した。
-Punch life test Using the above-mentioned screw punch, a hole was formed in a screw having no + -shaped hole formed in the countersunk head portion by the following test, and the number until the life was confirmed.
The test method evaluated the critical life by biting with a Shimada double header (NS41) with a rotation speed of 160 rpm, a screw wire material SUSXM7, a wire diameter of 3.45 mm, and a lubricating oil Naniwa-Lube.

Figure 2014181388
Figure 2014181388

<実施例3>
実施例1の硬質被膜の形成において、バイアス電圧を100Vに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Example 3>
In the formation of the hard coating of Example 1, a screw punch and a test piece for evaluating film characteristics of (Test pieces 1 to 4) were prepared by the same method as in Example 1 except that the bias voltage was changed to 100V.

<実施例4>
実施例1の硬質被膜の形成において、バイアス電圧を200Vに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Example 4>
In the formation of the hard coating film of Example 1, a screw punch and a test piece for evaluating film properties of (Test pieces 1 to 4) were prepared in the same manner as in Example 1 except that the bias voltage was changed to 200V.

<実施例5>
実施例2の硬質被膜の形成において、バイアス電圧を100Vに変更した以外は、実施例2と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Example 5>
In the formation of the hard coating of Example 2, a screw punch and a test piece for evaluating film properties of (Test pieces 1 to 4) were prepared by the same method as in Example 2 except that the bias voltage was changed to 100V.

<実施例6>
実施例2の硬質被膜の形成において、バイアス電圧を200Vに変更した以外は、実施例2と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
<Example 6>
In the formation of the hard coating film of Example 2, a screw punch and a test piece for evaluating film properties of (Test pieces 1 to 4) were prepared in the same manner as in Example 2 except that the bias voltage was changed to 200V.

Figure 2014181388
Figure 2014181388

上記の実施例についても、実施例1と同様に評価試験を行った。   The evaluation test was also performed on the above example in the same manner as in Example 1.

Figure 2014181388
Figure 2014181388

<実施例7>
硬質被膜の形成を以下の通り変更した以外は、実施例1と同様の方法によりねじパンチおよび(試験片1〜4)の膜特性評価用試験片を作製した。
・硬質被膜(積層膜)の形成
実施例2の硬質被膜と実施例5の硬質被膜を交互に5回積層した後、最表層に実施例1の硬質被膜を被覆した。得られた被膜の膜厚は全体で2.6μmであった。
<Example 7>
Except that the formation of the hard coating was changed as follows, a screw punch and a test piece for evaluating film properties of (test pieces 1 to 4) were prepared in the same manner as in Example 1.
-Formation of hard film (laminated film) The hard film of Example 2 and the hard film of Example 5 were alternately laminated 5 times, and then the outermost layer was coated with the hard film of Example 1. The film thickness of the obtained film was 2.6 μm as a whole.

実施例7の被膜でボールオンディスク摩耗試験を行った結果、摩擦係数は0.2で凝着も見られず安定した摩耗状態であった。   As a result of conducting a ball-on-disk wear test with the coating of Example 7, the friction coefficient was 0.2, no adhesion was seen, and the wear state was stable.

上記の実施例についても、実施例1と同様に評価試験を行った。   The evaluation test was also performed on the above example in the same manner as in Example 1.

Figure 2014181388
Figure 2014181388

1 本体
2 成形部
3 突出部
4 本体
5 孔
6 頭部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body 2 Molding part 3 Protrusion part 4 Main body 5 Hole 6 Head

Claims (6)

表面の少なくとも一部が金属部材からなる母材と、
前記金属部材からなる表面上に、PVD法により形成され、Ti原子、Si原子、C原子、N原子を含有し、前記Ti原子とSi原子との合計量に対する前記Si原子の比が10at%以上25at%以下且つ前記C原子とN原子との合計量に対する前記C原子の比が25at%以上55at%以下である硬質被膜と、
を有する金属製品。
A base material in which at least a part of the surface is made of a metal member;
The surface of the metal member is formed by the PVD method, contains Ti atoms, Si atoms, C atoms, N atoms, and the ratio of the Si atoms to the total amount of Ti atoms and Si atoms is 10 at% or more. A hard coating having a ratio of the C atoms of 25 at% or less and a total amount of the C atoms and N atoms of 25 at% or more and 55 at% or less;
Having metal products.
前記硬質被膜の、ナノインデンテーション法による硬度が15GPa以上35GPa以下である請求項1に記載の金属製品。   The metal product according to claim 1, wherein the hardness of the hard coating by a nanoindentation method is 15 GPa or more and 35 GPa or less. 前記硬質被膜が、単層の膜である請求項1または請求項2に記載の金属製品。   The metal product according to claim 1, wherein the hard coating is a single-layer film. 前記硬質被膜が、硬度が異なる複数の層の積層膜である請求項1または請求項2に記載の金属製品。   The metal product according to claim 1 or 2, wherein the hard coating is a laminated film of a plurality of layers having different hardnesses. 前記積層膜は、最表面を構成する最表層の硬度が該最表層と接する下層の硬度よりも低い請求項4に記載の金属製品。   The metal product according to claim 4, wherein the laminated film has a hardness of an outermost layer constituting an outermost surface lower than a hardness of a lower layer in contact with the outermost layer. 前記硬質被膜の表面の、下記測定条件でのボールオンディスク法による摩擦係数が0.1以上0.4以下である請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の金属製品。
[測定条件]
・相手材:φ6mmのSUS304ボール
・荷重:5N
・回転速度:10cm/sec
・回転半径:3mm
・摩擦距離:1000m
・環境:無潤滑環境
The metal product according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface of the hard coating has a coefficient of friction of 0.1 or more and 0.4 or less by a ball-on-disk method under the following measurement conditions.
[Measurement condition]
-Opposing material: SUS304 ball of φ6mm-Load: 5N
・ Rotation speed: 10cm / sec
・ Rotating radius: 3mm
・ Friction distance: 1000m
・ Environment: Unlubricated environment
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