JP2019162653A - アルミダイカスト金型用部品 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性が更に改善されたアルミダイカスト金型用部品を提供する。【解決手段】基材露出面の少なくとも一部に、珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むダイヤモンドライクカーボン被膜によって構成される第１層が形成されており、第１層の基材露出面とは反対側の表面であるＤＬＣ外表面の少なくとも一部に、マグネシウム（Ｍｇ）、珪素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む金属酸化物被膜によって構成される第２層が形成されており、金属酸化物被膜におけるアルミニウム（Ａｌ）の酸素（Ｏ）に対する原子数比（Ａｌ／Ｏ）が０．０４以上であり且つ０．６８未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミダイカスト金型用部品に関する。より具体的には、本発明は、アルミニウム（Ａｌ）を含む溶湯に対する優れた耐焼き付き性を有するアルミダイカスト金型用部品に関する。

ダイカスト法における焼き付きとは、例えば、アルミダイカスト金型の空洞部に射出されたアルミニウム合金（アルミニウム単体を含む）が金型又は鋳抜きピン等の表面に反応・融着する現象であり、例えばダイカスト鋳造品の寸法精度、生産性及び外観品質の悪化等の問題に繋がる虞がある。そこで、当該技術分野においては、アルミニウム合金の反応・融着を低減することを目的として、例えば金型の内部及び／又は表面の冷却の強化、離型剤の塗布並びに表面処理等の焼き付き対策が広く行われている。

上記のような表面処理の具体例としては、例えば酸化物、炭化物、窒化物及び炭窒化物のうち少なくとも１つ以上の化合物を含む表面処理層を例えば物理気相成長法（ＰＶＤ）及び化学気相成長法（ＣＶＤ）等の手法により金型の表面に形成することを挙げることができる。特に、特定の含有率にて珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を基材の表面に形成することにより、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼き付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供する様々な技術が開発されている。

例えば、珪素、水素及び残部である炭素（Ｃ）からなる非晶質炭素膜（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）によって基材の少なくとも一部が被覆された被覆部材において、基材との界面近傍における珪素の濃度よりも表面近傍における珪素の濃度の方が高くなるようにＤＬＣ−Ｓｉ膜における珪素の濃度勾配を生じさせることにより、高温における耐酸化性及び摩擦摺動特性等を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。当該従来技術によれば、表面近傍における珪素の濃度が高いことにより高温域においてもＤＬＣ−Ｓｉ膜の硬質性が保持されると共に、基材との界面近傍での珪素の濃度が低いことによりＤＬＣ−Ｓｉ膜において適度な靱性を達成して高温域においても高い密着性を発現することができる。その結果、当該被覆部材は安定した耐熱性を発現することができる。

図７は、上記のようなＤＬＣ−Ｓｉ膜が表面に形成された従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品におけるショット数とアルミニウム合金の付着量（Ａｌ付着量）との関係を、窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）系の被膜（ＴｉＡｌＮ系膜）が表面に形成された従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品における同関係と比較する模式的なグラフである。図７からも明らかであるように、上記のようなＤＬＣ−Ｓｉ膜によれば、ＴｉＡｌＮ系膜に比べて、ショット数の増大に伴うＡｌ付着量の増大を低減することができる。

しかしながら、上記のようなＤＬＣ−Ｓｉ膜においても、ＴｉＡｌＮ系膜に比べてＡｌ付着量がより少ないとはいえ、例えば図８に示すようにアルミニウム合金（Ａｌ合金）の焼き付きが依然として認められ、ショット数の増大に伴ってＡｌ付着量が増大することに変わりは無い。即ち、従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品においては、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性の更なる改善が求められている。

特開２０１１−２０２２３５号公報

上述したように、従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品においては、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性の更なる改善が求められている。即ち、本発明は、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性が更に改善されたアルミダイカスト金型用部品を提供することを１つの目的とする。

そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、珪素及び水素を含むダイヤモンドライクカーボン被膜（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）を基材の表面に形成すると共に、当該ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面に特定の組成を有する金属酸化物被膜（酸化物膜）を形成することにより、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性が更に改善されたアルミダイカスト金型用部品を提供することができることを見出した。

上記に鑑み、本発明に係るアルミダイカスト金型用部品（以下、「本発明部品」と称される場合がある。）は、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する基材の表面である基材露出面を有するアルミダイカスト金型用部品である。前記基材露出面の少なくとも一部には、珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むダイヤモンドライクカーボン被膜によって構成される第１層が形成されている。前記第１層の前記基材露出面とは反対側の表面であるＤＬＣ外表面の少なくとも一部には、マグネシウム（Ｍｇ）、珪素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む金属酸化物被膜によって構成される第２層が形成されている。更に、前記金属酸化物被膜におけるアルミニウム（Ａｌ）の酸素（Ｏ）に対する原子数比（Ａｌ／Ｏ）が０．０４以上であり且つ０．６８未満である。

本発明によれば、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性が更に改善されたアルミダイカスト金型用部品を提供することができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の第１実施形態に係るアルミダイカスト金型用部品（第１部品）の基材の表面に形成された被膜の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ２並びに比較例に係る試料ＣＥ２及びＣＥ５におけるダイカスト鋳造工程のショット数の増大に伴う焼き付き厚みの変化を示すグラフである。 ３５０ショットのダイカスト鋳造工程後の本発明の実施例に係る試料ＷＥ１のＡｌ合金が焼き付いた表面におけるＡｌ合金の付着状況及び第２層の剥離状況を示す電子顕微鏡写真である。 図３に示した電子顕微鏡写真において白色の破線によって囲まれた部分の拡大電子顕微鏡写真である。 図４に示した電子顕微鏡写真において白色の破線によって囲まれた部分の拡大電子顕微鏡写真である。 図５に示した電子顕微鏡写真において白色の破線によって囲まれた部分の拡大電子顕微鏡写真である。 ＤＬＣ−Ｓｉ膜が表面に形成された従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品におけるショット数とＡｌ付着量との関係を、ＴｉＡｌＮ系膜が表面に形成された従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品における同関係と比較する模式的なグラフである。 ＤＬＣ−Ｓｉ膜が表面に形成された従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品の表面におけるＡｌ合金の付着状況を示す断面写真である。

《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係るアルミダイカスト金型用部品（以降、「第１部品」と称される場合がある。）について説明する。

〈構成〉
第１部品は、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する基材の表面である基材露出面を有するアルミダイカスト金型用部品である。尚、本明細書における「アルミダイカスト」は、アルミニウムの金型鋳造法のみならず、アルミニウム合金の金型鋳造法をも含むものとする。また、第１部品は、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する基材の表面である基材露出面を有する部品である限り、特に限定されない。このような部品の具体例としては、例えば、アルミダイカスト金型のキャビティ又はコアを構成する部品及び鋳抜きピン等の部品を挙げることができる。

第１部品の基材を構成する材料は、アルミダイカスト金型用の部品の材料として一般的に使用される様々な材料の中から、ダイカスト鋳造工程の条件（例えば、溶湯の温度及び圧力等）に応じて適宜選択することができる。このような材料の具体例としては、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）によって規定される各種ＳＫＤ鋼（例えば、ＳＫＤ６１等）を始めとする種々の金型用合金工具鋼を挙げることができる。

図１は、第１部品の基材の表面に形成された被膜の構成を示す模式的な断面図である。第１部品１００においては、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する基材１０の表面である基材露出面１１の少なくとも一部に第１層２０が形成されており、第１層２０の基材露出面１１とは反対側の表面であるＤＬＣ外表面２１の少なくとも一部に第２層３０が形成されている。尚、図１は、第１部品１００の第１層２０及び第２層３０が形成された基材露出面１１の近傍の模式的な断面図であり、基材１０、第１層２０及び第２層３０の一部が描かれている。

第１層２０は、珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むダイヤモンドライクカーボン被膜によって構成される。ダイヤモンドライクカーボン被膜とは、当業者に周知であるように、主として炭素の同素体から成る非晶質（アモルファス）の硬質膜であり、「ＤＬＣ膜」とも称される。第１層を構成するＤＬＣ膜は、上記のように珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むＤＬＣ膜であり、「ＤＬＣ−Ｓｉ膜」とも称される。第１層２０は、必ずしも基材露出面１１の全面を覆う必要は無く、基材露出面１１の少なくとも一部に形成されていればよい。

尚、第１層２０を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜の製法としては、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）及び物理気相成長（ＰＶＤ）を挙げることができる。ＣＶＤの具体例としては、例えば、（例えば、高周波、マイクロ波又は直流等を用いる）プラズマＣＶＤ及び熱ＣＶＤ等の手法を挙げることができる。ＰＶＤの具体例としては、例えば、（直流励起又は高周波励起による）イオンプレーティング、スパッタリング及びレーザーアブレーション等の手法を挙げることができる。具体的に採用される手法は、例えば下地となる基材の材料及びＤＬＣ−Ｓｉ膜に要求される性質等に応じて適宜選択される。

尚、第１層２０を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜は、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼き付き性を有するＤＬＣ−Ｓｉ膜である限り、特に限定されない。当業者に周知であるように、ＤＬＣ膜に含まれる水素の含有率は例えば原料及び製法等によって様々であるが、第１層を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜における水素の含有率は１０ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下とすることができる。この場合、第１層２０を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜における珪素の含有率は１０ａｔ％未満とすることができ、より好ましくは０．５ａｔ％以上であり且つ７ａｔ％以下とすることができる。

或いは、詳しくは後述されるように第２層３０との適度な密着性を確保する観点からは、例えば、前述した特許文献１に記載された非晶質炭素膜と同様に、第１層２０を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜における水素の含有率は２０ａｔ％以上であり且つ４０ａｔ％以下とすることができる。この場合、第１層２０を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜における珪素の含有率は８ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下とすることができる。尚、特許文献１に記載された非晶質炭素膜においては前述したように基材との界面近傍における珪素の濃度よりも表面近傍における珪素の濃度の方が高くなるように珪素の濃度勾配を生じさせている。しかしながら、第１層２０を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜においては、このような珪素の濃度勾配が生じていてもよく、或いは生じていなくてもよい。

一方、第２層３０は、マグネシウム（Ｍｇ）、珪素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む金属酸化物被膜によって構成される。以降、当該金属酸化物被膜は単に「酸化物膜」とも称される。第２層３０は、必ずしも第１層２０の全面を覆う必要は無く、第１層２０の基材露出面１１とは反対側の表面であるＤＬＣ外表面２１の少なくとも一部に形成されていればよい。第２層３０を構成する酸化物膜の製法としては、例えば当該酸化物膜を構成する金属及び／又は金属酸化物を含むエマルション等を、例えば刷毛塗り及びスプレー塗布等の手法により、ＤＬＣ外表面２１の少なくとも一部に塗布して乾燥させる方法を挙げることができる。この場合、塗膜の乾燥後に、第１層２０に悪影響を及ぼさない条件下において更なる熱処理を施してもよい。或いは、当該酸化物膜を構成する金属元素を含む離型剤をＤＬＣ外表面２１の少なくとも一部に塗布し、ＤＬＣ外表面２１に付着しているアルミニウムと反応させることにより、第２層３０を構成する酸化物膜を形成させてもよい。

更に、第２層３０を構成する金属酸化物被膜（酸化物膜）におけるアルミニウム（Ａｌ）の酸素（Ｏ）に対する原子数比（Ａｌ／Ｏ）は０．０４以上であり且つ０．６８未満である。

上記原子数比（Ａｌ／Ｏ）が０．０４未満である場合、耐焼き付き性が低下するので好ましくない。このように原子数比（Ａｌ／Ｏ）が小さくなると耐焼き付き性が低下するのは以下の原因によるものと考えることができる。酸化物膜中において、アルミニウム（Ａｌ）量に対するマグネシウム（Ｍｇ）量が相対的に多くなるため、酸化物膜中に存在するマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物の量がアルミニウム（Ａｌ）の酸化物の量と比較して相対的に増える。その結果、離型剤等に含まれる水分とマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物との反応に由来する生成物が増加する。当該反応生成物は雰囲気中の酸素及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）と反応し易いため、耐焼き付き性が低下する。

一方、上記原子数比（Ａｌ／Ｏ）が０．６８以上である場合、酸化物膜中の金属アルミニウムの存在量が増大し、溶湯中のアルミニウムとの結合に起因して焼き付きが増大する虞が高まる。また、酸化物膜中の金属アルミニウムの存在量の増大により酸化物膜の延性が高まる結果、第２層の靱性が高まり、ダイカスト鋳造工程中に第２層が第１層から剥離し難くなる虞がある。その結果、上述したようなメカニズムによる耐焼き付き性の向上効果が得られ難くなる虞がある。好ましくは、上記原子数比（Ａｌ／Ｏ）は０．２５未満である。

尚、酸化物膜における酸素（Ｏ）の含有率は２５ａｔ％よりも大きいことが好ましい。酸素（Ｏ）の含有率が２５ａｔ％以下である場合、酸化物膜中の金属元素の存在量が増大し、酸化物膜の延性が高まる結果、第２層の靱性が高まり、ダイカスト鋳造工程中に第２層が第１層から剥離し難くなる虞がある。その結果、上述したようなメカニズムによる耐焼き付き性の向上効果が得られ難くなる虞がある。一方、酸化物膜における酸素（Ｏ）の含有率の上限は、酸化物膜を構成する複合酸化物の組成に基づき化学量論的に定まる。典型的には、酸化物膜における酸素（Ｏ）の含有率は６５ａｔ％未満である。

また、第２層３０を構成する酸化物膜は、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性を始めとする第１部品の性能に悪影響が及ばない限りにおいて、例えばカルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉄（Ｆｅ）及び炭素（Ｃ）等の不純物を少量含んでいてもよい。

〈効果〉
上記のように、第１部品においては、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する基材の表面である基材露出面の少なくとも一部に、珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むダイヤモンドライクカーボン被膜（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）によって構成される第１層が形成されている。更に、第１層の基材露出面とは反対側の表面であるＤＬＣ外表面の少なくとも一部に、マグネシウム（Ｍｇ）、珪素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む金属酸化物被膜（酸化物膜）によって構成される第２層が形成されている。加えて、金属酸化物被膜（酸化物膜）におけるアルミニウム（Ａｌ）の酸素（Ｏ）に対する原子数比（Ａｌ／Ｏ）が０．０４以上であり且つ０．６８未満である。

上記により、ダイカスト鋳造工程におけるアルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性を更に改善することができる。即ち、第１部品によれば、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性が更に改善されたアルミダイカスト金型用部品を提供することができる。

尚、上記のような効果は、以下のようなメカニズムによって達成されるものと推定される。先ず、アルミニウムとの反応性に乏しく且つ耐熱性の高い酸化物膜によって構成される第２層が第１部品の最外層に形成されていることによりアルミニウム合金（Ａｌ合金）が当該露出面に付着し難くなる。即ち、第２層によりＡｌ合金の焼き付きが低減される。とはいえ、ダイカスト鋳造工程のショット数の増大に伴い、第２層の表面には徐々にＡｌ合金が焼き付き、アルミニウム合金の付着量（Ａｌ付着量）が徐々に増大してゆく。

しかしながら、上述したような組成を有する第２層とＤＬＣ−Ｓｉ膜によって構成される第１層との間においては適度な密着性が達成されているため、例えば金型からの製品の離型時等において、焼き付いたＡｌ合金と共に第２層が第１層から剥離する。このように第２層が剥離した箇所においては第１層が露出することとなるが、そもそも第１層は、上述したように優れた耐焼き付き性を有するＤＬＣ−Ｓｉ膜によって構成されているので、第１層が露出している箇所においてもＡｌ合金が焼き付き難い。

上記のように、第１部品においては、最外層である第２層及び第２層の下層に位置する第１層の何れもが優れた耐焼き付き性を有しており且つ第２層の表面に焼き付いたＡｌ合金は第２層と共に第１層からダイカスト鋳造工程中に剥がれ落ちる。このため、第１部品の基材露出面におけるアルミニウムの焼き付きが累積（発展・成長）しない。

尚、上記のように第１部品においてはダイカスト鋳造工程中に第２層が剥がれ落ちるが、例えば金型のメンテナンス及び製造される銘柄の切り替え等の機会において、上述したような手法によって第２層を再形成することにより、第１部品の優れた耐焼き付き性を維持することができる。

上記の結果、第１部品によれば、従来技術に係る金型部品に比べて、ダイカスト鋳造工程における焼き付きをより有効に低減することができる。従って、金型の保全のための工数が低減されると共に、良好な鋳肌を有するアルミニウム鋳物及び／又はアルミニウム合金鋳物を高い生産性にて製造することが可能となる。

ところで、第１部品における第１層（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）の厚みは、０．２μｍ以上であり且つ２０μｍ未満であることが好ましい。第１層の厚みが０．２μｍ未満である場合、第１層の連続性が不十分となり、第１層の長期耐久性を確保することが困難となる虞がある。一方、第１層の厚みが２０μｍ以上である場合、第１層の基材に対する密着性が不十分となり、やはり第１層の長期耐久性を確保することが困難となる虞がある。より好ましくは、第１層の厚みは０．５μｍ以上であり且つ１５μｍ未満である。

一方、第１部品においては上述したようにダイカスト鋳造工程中に第２層（酸化物膜）が剥がれ落ちる。その結果、第１部品の基材露出面には第２層の厚みに対応する凹凸が生ずることとなる。従って、第１部品における第２層の厚みは、第１部品によって構成されるアルミダイカスト金型によって製造される製品（ダイカスト鋳造品）に求められる表面性状（例えば、鋳肌の平滑性及びきめ細かさ等）に応じて定められるべきである。典型的には、第２層の厚みは５０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下である。

《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係るアルミダイカスト金型用部品（以降、「第２部品」と称される場合がある。）について説明する。

〈構成〉
第２部品は、上述した第１部品であって、金属酸化物被膜（酸化物膜）における珪素（Ｓｉ）のアルミニウム（Ａｌ）に対する原子数比（Ｓｉ／Ａｌ）が１．２よりも大きく以上であり且つ１５未満である、アルミダイカスト金型用部品である。

上記原子数比（Ｓｉ／Ａｌ）が１．２以下である場合、アルミニウムを含む溶湯に対する第２層の耐焼き付き性を長期間に亘って維持することが困難となる虞がある。また、第２層の靱性が高まり、ダイカスト鋳造工程中に第２層が第１層から剥離し難くなる虞がある。その結果、上述したようなメカニズムによる耐焼き付き性の向上効果が得られ難くなる虞がある。一方、上記原子数比（Ｓｉ／Ａｌ）が１５以上である場合、ダイカスト鋳造工程におけるアルミニウムと珪素と大気中の酸素とに由来する反応に起因して焼き付きが発生し、ダイカスト鋳造品の寸法精度の悪化等の問題に繋がる虞がある。また、第２層の硬度が過剰に増大して脆性が高まるため、例えば第１層との密着不良及び割れ等が生じ易くなり、第２層の長期耐久性を確保することが困難となる虞がある。好ましくは、上記原子数比（Ｓｉ／Ａｌ）は１．５以上であり且つ１２未満である。
０．２５未満である。

〈効果〉
上記のように、第２部品においては、金属酸化物被膜（酸化物膜）における珪素（Ｓｉ）のアルミニウム（Ａｌ）に対する原子数比（Ｓｉ／Ａｌ）が１．２よりも大きく以上であり且つ１５未満である。これにより、第２層の長期耐久性を確保しつつ、上述したようなメカニズムによる耐焼き付き性の向上効果を確実に達成することができる。

《第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係るアルミダイカスト金型用部品（以降、「第３部品」と称される場合がある。）について説明する。

〈構成〉
第３部品は、上述した第１部品又は第２部品であって、金属酸化物被膜（酸化物膜）におけるアルミニウム（Ａｌ）の含有率が２ａｔ％以上であり且つ８ａｔ％未満である、アルミダイカスト金型用部品である。

酸化物膜におけるアルミニウム（Ａｌ）の含有率が２ａｔ％未満である場合、耐焼き付き性が低下するので好ましくない。このようにアルミニウム（Ａｌ）の含有率が小さくなると耐焼き付き性が低下するのは以下の原因によるものと考えることができる。酸化物膜中において、アルミニウム（Ａｌ）量に対するマグネシウム（Ｍｇ）量が相対的に多くなるため、酸化物膜中に存在するマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物の量がアルミニウム（Ａｌ）の酸化物の量と比較して相対的に増える。その結果、離型剤等に含まれる水分とマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物との反応に由来する生成物が増加する。当該反応生成物は雰囲気中の酸素及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）と反応し易いため、耐焼き付き性が低下する。

一方、酸化物膜におけるアルミニウム（Ａｌ）の含有率が８ａｔ％以上である場合、溶湯中のアルミニウムとの結合に起因して焼き付きが増大する虞が高まる。また、酸化物膜中の金属アルミニウムの存在量の増大により酸化物膜の延性が高まる結果、第２層の靱性が高まり、ダイカスト鋳造工程中に第２層が第１層から剥離し難くなる虞がある。その結果、上述したようなメカニズムによる耐焼き付き性の向上効果が得られ難くなる虞がある。

〈効果〉
上記のように、第３部品においては、金属酸化物被膜（酸化物膜）におけるアルミニウム（Ａｌ）の含有率が２ａｔ％以上であり且つ８ａｔ％未満である。これにより、上述したようなメカニズムによる耐焼き付き性の向上効果を確実に達成することができる。

《各種試料の調製》
本発明の実施例に係るアルミダイカスト金型用部品につき、図面を参照しながら、以下に詳しく説明する。金型用合金工具鋼ＳＫＤ６１によって形成された鋳抜きピンを準備し、当該鋳抜きピンの表面に、以下の表１に列挙する第１層及び第２層を形成した。第１層及び第２層の厚みはそれぞれ３μｍ及び２μｍとした。

表１に示したように、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ５においては、珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むダイヤモンドライクカーボン被膜（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）によって構成される第１層が形成されている。これらの試料の第１層を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜は何れも、１６ａｔ％の珪素（Ｓｉ）及び２８ａｔ％の水素（Ｈ）を含有している。

また、第１層の基材露出面とは反対側の表面であるＤＬＣ外表面（即ち、各試料の最外層）には、マグネシウム（Ｍｇ）、珪素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む金属酸化物被膜（酸化物膜）によって構成される第２層が形成されている。試料ＷＥ１乃至ＷＥ５の何れの酸化物膜においても、上述した第１部品乃至第３部品に関する説明において述べたアルミニウム（Ａｌ）の酸素（Ｏ）に対する原子数比（Ａｌ／Ｏ）、珪素（Ｓｉ）のアルミニウム（Ａｌ）に対する原子数比（Ｓｉ／Ａｌ）、及びアルミニウム（Ａｌ）の含有率の要件を満足している。尚、試料ＷＥ１乃至ＷＥ５の何れの酸化物膜においても、少量のカルシウム（Ｃａ）が含有されている。

一方、比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ４においても、第１層を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜は上述した試料ＷＥ１乃至ＷＥ５におけるＤＬＣ−Ｓｉ膜と同一である。しかしながら、試料ＣＥ１乃至ＣＥ３においては、第２層を構成する酸化物膜の組成が上述した第１部品乃至第３部品に関する説明において述べた要件を満足していない。また、試料ＣＥ４においては、酸化物膜によって構成される第２層が設けられておらず、ＤＬＣ−Ｓｉ膜によって構成される第１層が露出している。更に、比較例に係る試料ＣＥ５については、低温ＰＶＤにより、試験片及び鋳抜きピンの表面に窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）系の被膜を形成した。これらの試料ＣＥ４及びＣＥ５は、アルミニウム及び／アルミニウム合金のダイカスト金型において従来使用される被膜を備える比較例である。

《各種試料の評価》
〈耐焼き付き性〉
上述した本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ５及び比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ５（鋳抜きピン）をアルミダイカストマシンにセットした。鋳造条件としては、ダイカストマシンの型締め力を５００ｔとし、ダイカスト時の鋳造圧力を５５ＭＰａとし、アルミニウム合金ＡＤＣ１２の溶湯温度を６５０℃とした。当該条件下にて、それぞれ３５０ショットのダイカストを鋳造した。そして、各種鋳抜きピンの各々について、３５０ショットのダイカスト鋳造工程の途中及び完了後において鋳抜きピンの表面に焼き付いたアルミニウムの厚み（焼き付き厚み）を計測した。

図２は、本発明の実施例に係る試料及び比較例に係る試料におけるダイカスト鋳造工程のショット数の増大に伴う焼き付き厚みの変化を示すグラフである。但し、図２においては、上述した各種試料のうち、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ２並びに比較例に係る試料ＣＥ２及びＣＥ５のみを例示する。

図２のグラフに示すように、実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ２においては、焼き付き厚みが一時的に増大するときも見受けられたものの全体的には焼き付き厚みの増大（焼き付きの累積）が少なく、３５０ショットのダイカスト鋳造工程の完了時点における焼き付き厚みは２０μｍ未満であった。一方、比較例に係る試料ＣＥ２及びＣＥ５においては、焼き付き厚みが一時的な増減も見受けられたものの全体的には焼き付き厚みの増大（焼き付きの累積）が多く、３５０ショットのダイカスト鋳造工程の完了時点における焼き付き厚みは２０μｍを大幅に超えた。

次に、アルミニウムが焼き付いた箇所における第２層（酸化物膜）の剥離の有無を電子顕微鏡によって観察した。図３は、３５０ショットのダイカスト鋳造工程後の本発明の実施例に係る試料ＷＥ１のＡｌ合金が焼き付いた表面におけるＡｌ合金の付着状況及び第２層の剥離状況を示す電子顕微鏡写真である。図３に示した４つの箇所Ａ乃至Ｄのそれぞれにおいて第１層（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）の上に形成された膜の厚みが異なる。例えば、箇所Ａにおいては第２層が剥離して第１層が露出している。これは、試料ＷＥ１の表面においてＡｌ合金の焼き付きと第２層の剥離とが繰り返し発生したことを示すものと考えられる。

図４は、図３に示した電子顕微鏡写真において白色の破線によって囲まれた部分の拡大電子顕微鏡写真である。また、図５は、図４に示した電子顕微鏡写真において白色の破線によって囲まれた部分の拡大電子顕微鏡写真である。更に、図６は、図５に示した電子顕微鏡写真において白色の破線によって囲まれた部分の拡大電子顕微鏡写真である。これらの写真から、金属酸化物被膜によって構成される第２層は、脆性的に破断して第１層から剥離しているものと考えられる。

尚、本実施例においては、３５０ショットのダイカスト鋳造工程の完了時点において鋳抜きピンの表面に焼き付いていたアルミニウムの厚み（焼き付き厚み）が２０μｍ未満であり且つ第２層（酸化物膜）の剥離が確認された試料の耐焼き付き性を「良」として評価し、焼き付き厚みが２０μｍ以上であるか又は第２層（酸化物膜）の剥離が確認されない資料の耐焼き付き性を「不良」として評価した。

表１に列挙するように、焼き付き厚みについては、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ５は何れも２０μｍ未満であり且つ第２層の剥離が確認された（即ち、耐焼き付き性が「良」）のに対し、比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ５は何れも３０μｍよりも厚く且つ第２層の剥離が確認されなかった（即ち、耐焼き付き性が「不良」）。即ち、耐焼き付き性の評価結果としては、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ５は何れも「良」であったのに対し、比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ５は何れも「不良」でであった。このように、本発明部品は、従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品（以降、「従来部品」と称される場合がある。）に比べて、より良好な耐焼き付き性を呈することが確認された。

〈総合評価〉
以上の結果から、本発明によれば、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼き付き性が更に改善されたアルミダイカスト金型用部品を提供することができることが確認された。

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。

１００…アルミダイカスト金型用部品（試料の一部）、１０…基材、１１…基材露出面、２０…第１層、２１…ＤＬＣ外表面、３０…第２層。

Claims (3)

1. アルミダイカスト金型の空洞部に露出する基材の表面である基材露出面を有するアルミダイカスト金型用部品であって、
   前記基材露出面の少なくとも一部に、珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含むダイヤモンドライクカーボン被膜によって構成される第１層が形成されており、
   前記第１層の前記基材露出面とは反対側の表面であるＤＬＣ外表面の少なくとも一部に、マグネシウム（Ｍｇ）、珪素（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む金属酸化物被膜によって構成される第２層が形成されており、
   前記金属酸化物被膜におけるアルミニウム（Ａｌ）の酸素（Ｏ）に対する原子数比（Ａｌ／Ｏ）が０．０４以上であり且つ０．６８未満である、
   アルミダイカスト金型用部品。
2. 請求項１に記載されたアルミダイカスト金型用部品であって、
   前記金属酸化物被膜における珪素（Ｓｉ）のアルミニウム（Ａｌ）に対する原子数比（Ｓｉ／Ａｌ）が１．２よりも大きく以上であり且つ１５未満である、
   アルミダイカスト金型用部品。
3. 請求項１又は請求項２に記載されたアルミダイカスト金型用部品であって、
   前記金属酸化物被膜におけるアルミニウム（Ａｌ）の含有率が２ａｔ％以上であり且つ８ａｔ％未満である、
   アルミダイカスト金型用部品。