JP5245569B2 - Die casting mold - Google Patents

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Description

本発明は、ダイカスト用金型に関し、更に詳しくは、Al,Mg,Zn等のダイカスト用金型の耐溶損性、及び、耐焼付き性を改善する金型表面処理技術に関する。 The present invention relates to a die casting mold, and more particularly, Al, Mg, die casting mold melting loss of the Zn and the like, and to a mold surface treatment technique for improving the seizure resistance.

ダイカスト用金型は、一般に、熱間工具鋼(例えば、SKD61)を材料として用いて製造されている。ダイカスト用金型は、主にヒートチェック、焼付き、及び、溶損の3つの形態で損傷を受ける。
ここで、「ヒートチェック」とは、金型が溶融金属に接したときの加熱と、離型剤噴霧時の冷却とを繰り返し受けることにより発生する熱応力により、表面に亀裂が発生することをいう。また、「焼付き」とは、溶湯が金型表面で凝固することをいう。そして、「溶損」とは、金型を構成する元素(主としてFe)が溶湯と反応し、溶湯中に溶け出すことをいう。ヒートチェックが発生すると亀裂が製品に転写されて肌荒れを引き起こし、焼付きや溶損が発生すると凝固面が製品に転写されたり金型自体が変形し、問題となる。
The die casting mold is generally manufactured using hot tool steel (for example, SKD61) as a material. Die casting molds are damaged mainly in three forms: heat check, seizure, and melting.
Here, “heat check” means that a crack is generated on the surface due to thermal stress generated by repeatedly receiving heating when the mold comes into contact with the molten metal and cooling when spraying the release agent. Say. Further, “seizure” means that the molten metal solidifies on the mold surface. The “melting loss” means that an element (mainly Fe) constituting the mold reacts with the molten metal and melts into the molten metal. When a heat check occurs, cracks are transferred to the product to cause rough skin, and when seizure or melting damage occurs, the solidified surface is transferred to the product or the mold itself is deformed.

金型使用初期に着目すると、これらの損傷のうち、特に、焼付きやそれに伴う溶損が発生し易い。金型使用初期においては、離型剤が金型に馴染まないためである。そのため、金型表面に鋳造品が凝着し、ダイカスト用金型表面の変形や損傷を引き起こす。また、金型表面に鋳造品が凝着したまま型抜きを行うと、ダイカスト製品の変形や損傷を引き起こす。かかる変形や損傷が起こると、ダイカスト用金型の寿命となり、金型交換を要する。従って、ダイカスト用金型の寿命を延命させるには、焼付き・溶損の抑制が重要である。   Paying attention to the initial stage of use of the mold, among these damages, seizure and the accompanying melt damage are likely to occur. This is because the mold release agent is not compatible with the mold at the initial stage of using the mold. As a result, the cast product adheres to the mold surface, causing deformation and damage of the die casting mold surface. In addition, if die cutting is performed while the casting is adhered to the mold surface, the die-cast product is deformed or damaged. When such deformation or damage occurs, the life of the die casting mold is reached, and the mold needs to be replaced. Therefore, in order to extend the life of the die casting die, it is important to suppress seizure and melting damage.

そこで、これらの問題を解決すべく、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、SKD61材を窒化処理することによってCrNを主体とする窒化層を形成し、更に水蒸気を含まない酸素ガス(ドライガス)を用いて酸化処理することによって窒化層上に酸化層を形成した耐アルミ浸食性材料が開示されている。同文献には、その一例として、窒化層形成済みの基材を入れて、400〜580℃の加熱下で、酸素ガス(ドライガス)を導入して2〜12時間暴露処理(酸素濃度が低めの第1段階と、酸素濃度が高めの第2段階からなる)することによって酸化層を形成させる点が開示されている。
Therefore, various proposals have conventionally been made to solve these problems.
For example, in Patent Document 1, a nitride layer mainly composed of CrN is formed by nitriding the SKD61 material, and further, an oxidation treatment using oxygen gas (dry gas) not containing water vapor is performed on the nitride layer. An aluminum erosion resistant material having an oxide layer formed thereon is disclosed. In this document, as an example, a base material on which a nitride layer has been formed is placed, and oxygen gas (dry gas) is introduced under heating at 400 to 580 ° C. for 2 to 12 hours (with low oxygen concentration). And the second stage having a higher oxygen concentration) to form an oxide layer.

特許文献2には、所定の組成を備えた鋼の表面に1〜30μmの厚さの鉄−クロムの酸化物層を形成させる耐溶損性に優れた鋳造用金型が開示されている。同文献には、その一例として、550℃の水蒸気雰囲気中で1時間加熱し、酸化被膜を形成させる点が開示されている。   Patent Document 2 discloses a casting mold having an excellent resistance to melting damage in which an iron-chromium oxide layer having a thickness of 1 to 30 μm is formed on the surface of steel having a predetermined composition. As an example, this document discloses that an oxide film is formed by heating in a steam atmosphere at 550 ° C. for 1 hour.

特許文献3には、熱間工具鋼の溶損を受けるおそれのある部分を、厚さ5μm以上のNb・NbCを含む保護層で被覆してなり、その保護層に酸化処理を行った金型が開示されている。同文献には、その一例として、SKD61鋼表面に、ステライト21(Co−28Cr−5.5Mo−0.25C−2.5Ni)、NbC、Nb、ナイモニック80A(73Ni−19.5Cr−1Co−2.3Ti−1.4Al−1.5Fe−0.05C)をプラズマ溶射・放電肉盛・PVDにより施して、大気炉中で加熱して空冷することにより酸化処理を行って酸化膜を形成させる点が開示されている。   Patent Document 3 discloses a mold in which a portion that is likely to be melted by hot tool steel is covered with a protective layer containing Nb / NbC having a thickness of 5 μm or more, and the protective layer is oxidized. Is disclosed. In the same document, as an example, SKD61 steel surface has Stellite 21 (Co-28Cr-5.5Mo-0.25C-2.5Ni), NbC, Nb, Nimonic 80A (73Ni-19.5Cr-1Co-2). .3Ti-1.4Al-1.5Fe-0.05C) is applied by plasma spraying / discharge overlaying / PVD, and heated in an air furnace and air-cooled to perform an oxidation treatment to form an oxide film. Is disclosed.

特許文献4には、溶融金属を鋳造するダイカスト用金型のその溶融金属と折衝する面の一部又は全部にセラミック膜を成膜し、そのセラミック膜(TiN、TiAlN、TiCN、TiNO、TiAlCN等)を酸化処理する技術が開示されている。   In Patent Document 4, a ceramic film is formed on a part or all of a surface of a die casting mold for casting a molten metal that negotiates with the molten metal, and the ceramic film (TiN, TiAlN, TiCN, TiNO, TiAlCN, etc.) ) Is disclosed.

特許文献1〜4に開示された技術の他にも、Al,Zn,Mg等をダイカストする場合における焼付き・溶損を抑制する一般的な技術として、ダイカスト用金型表面に、これらの金属溶湯と反応性が低い被膜や濡れ性の低い被膜を形成することが知られている。   In addition to the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4, as a general technique for suppressing seizure and melting damage when die casting Al, Zn, Mg, etc., these metals are formed on the die casting mold surface. It is known to form a film having low reactivity with molten metal or a film having low wettability.

特開2005−028398JP2005-028398 特開2000−234149JP 2000-234149 A 特開平11−151563JP-A-11-151563 特開2001−300711JP2001-300711

上記の特許文献1〜4に記載のように、ダイカスト用金型の損傷を抑制する技術として、種々のものが提案されているが、これらの従来技術は、いずれも耐焼付き性(特に、耐アルミ焼付き性)を確保するには、不十分であった。また、上記一般的な技術を用いて、濡れ性の低いコーティングを金型表面に形成させたとしても、焼付きやそれに伴う溶損が発生する場合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐溶損性に優れた中間層の表面に耐焼付き性に優れた被膜(機能性被膜)を形成することで、耐焼付き性、及び、耐溶損性を向上させることができるダイカスト用金型を提供することにある。
As described in Patent Documents 1 to 4 above, various techniques have been proposed as techniques for suppressing damage to a die casting die. However, these conventional techniques all have seizure resistance (particularly, anti-seizure resistance). It was insufficient to ensure the aluminum seizure property. Further, even when a coating having low wettability is formed on the mold surface by using the above general technique, seizure and accompanying erosion may occur.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to form a coating (functional coating) having excellent seizure resistance on the surface of the intermediate layer having excellent melt resistance, thereby preventing seizure resistance. An object of the present invention is to provide a die casting die that can improve the property and the resistance to melting damage.

上記課題を解決するために、本発明者等は、種々の表面処理技術について鋭意研究したところ、耐溶損性に優れた中間層の表面に耐焼付き性に優れた被膜(機能性被膜)を形成することで、耐焼付き性、及び、耐溶損性に優れた金型表面・工具表面が得られるという知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。 In order to solve the above problems, the present inventors conducted extensive research on various surface treatment techniques, and formed a film (functional film) having excellent seizure resistance on the surface of the intermediate layer having excellent resistance to melting damage. As a result, it was found that a mold surface and a tool surface excellent in seizure resistance and resistance to erosion could be obtained. The present invention has been made based on such knowledge.

上記課題を解決するために、本発明に係るダイカスト用金型は、
金型基材と、
前記金型基材の表面に形成され、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種からなる金属若しくは合金、又は、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物の単層又は複層からなり、イオンプレーティング法にて形成した厚みが1〜10μmである中間層と、
前記中間層の表面に形成され、厚みが0.5〜2.0μmであり、Feを20質量%以上含有し、かつ、Fe酸化物が形成された被膜と、
を備えたことを要旨とするものである。
ここで、「IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種の元素」としては、Cr,Ti,Alが好ましい。また、「合金」としては、CrAl、 TiAlが好ましい。また、「化合物」としては、CrN、 CrC、 TiN、 TiC、 CrAlN、 CrAlC、 TiAlN、 TiAlCが好ましい。
In order to solve the above problems, a die casting die according to the present invention is:
A mold base;
Formed on the surface of the mold base material, from IVa group elements (Ti, Zr, Hf), Va group elements (V, Nb, Ta), VIa group elements (Cr, Mo, W), Al, and Si A metal or alloy of at least one selected from the above, or a group IVa element (Ti, Zr, Hf), a group Va element (V, Nb, Ta), a group VIa element (Cr, Mo, W), Al, and Ri Do a single layer or multiple layers of compounds containing at least one element selected from Si, an intermediate layer is 1~10μm thickness formed by ion plating,
A film formed on the surface of the intermediate layer, having a thickness of 0.5 to 2.0 μm, containing 20% by mass or more of Fe, and having an Fe oxide formed thereon ;
The gist is that
Here, “at least one element selected from group IVa elements (Ti, Zr, Hf), group Va elements (V, Nb, Ta), group VIa elements (Cr, Mo, W), Al, and Si” "Is preferably Cr, Ti, or Al. As the “alloy”, CrAl and TiAl are preferable. The “compound” is preferably CrN, CrC, TiN, TiC, CrAlN, CrAlC, TiAlN, or TiAlC.

この場合に、
前記金型基材の表面は、窒化処理がされていることが望ましく、
前記被膜は、その表面から0.5μmまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の10倍以上となる高酸素部を備えることが望ましい。
In this case ,
Surface of the mold base material is desirably being nitriding treatment,
The coating desirably includes a high oxygen portion having an oxygen concentration of 10 times or more that of the non-oxidized portion in a range from the surface to 0.5 μm.

(削除)  (Delete)

本発明に係るダイカスト用金型は、Feを20質量%以上含有し、かつ、Fe酸化物が形成された被膜を備えるため、耐焼付き性を向上させることができるとともに、被膜と金型表面との間に形成された中間層を備えるため、耐溶損性を向上させることができるという効果がある。更に、本発明に係るダイカスト用金型は、中間層の表面に形成された被膜が耐溶損性に寄与しうるという効果がある。
前記中間層は、厚みが1〜10μmとすれば、更に、耐溶損性の向上に効果がある。
前記金型基材の表面は、窒化処理がされているものであるから、更に、耐溶損性の向上に効果がある。
前記被膜は、その表面から0.5μmまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の10倍以上となる高酸素部を備えるものであるから、更に、耐焼付き性を向上させるという効果がある。
The die casting mold according to the present invention includes a coating film containing Fe of 20% by mass or more and having an Fe oxide formed thereon , so that seizure resistance can be improved, and the coating film and the mold surface Since the intermediate layer formed between the two is provided, there is an effect that the resistance to melting loss can be improved. Furthermore, the die-casting mold according to the present invention has an effect that the coating formed on the surface of the intermediate layer can contribute to the resistance to melting damage.
If the thickness of the intermediate layer is 1 to 10 μm, it is further effective in improving the resistance to melting .
Since the surface of the mold base is subjected to nitriding treatment, it is further effective in improving the melt resistance.
Since the coating has a high oxygen part in which the oxygen concentration is 10 times or more that of the non-oxidized part in the range from the surface to 0.5 μm, there is an effect of further improving seizure resistance.

(削除)  (Delete)

(ダイカスト用金型)
以下に図面を参照して本発明の一実施形態に係るダイカスト用金型について説明する。尚、以下の説明においては、「%」は質量%を意味する。
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係るダイカスト用金型の断面模式図を示す。
これらの図において、ダイカスト用金型1は、金型基材KKと、中間層CSと、Feを20質量%以上含有し、かつ、Fe酸化物が形成された被膜(以下、「機能性被膜KH」ともいう)とを備える。中間層CSは単層又は複層からなり、図1に示したように、1〜3層からなるものでも、図2に示したように、1〜m層(mは2以上の自然数)からなるものでもよい。また、機能性被膜KHは、図2に示したように、1〜n層(nは2以上の自然数)からなるものでもよい。
ダイカスト用金型1は、Al、Zn、Mg等のダイカストに一般的に用いられている各種の材料をダイカストするものであればよい。
(Die casting mold)
A die casting mold according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, “%” means mass%.
FIG.1 and FIG.2 shows the cross-sectional schematic diagram of the metal mold | die for die-casting which concerns on one Embodiment of this invention.
In these drawings, a die casting mold 1 includes a mold base KK, an intermediate layer CS , and a film containing Fe in an amount of 20% by mass or more and having an Fe oxide formed thereon (hereinafter referred to as “functional film”). KH ”) . The intermediate layer CS is composed of a single layer or a plurality of layers. As shown in FIG. 1, the intermediate layer CS is composed of 1 to 3 layers, but as shown in FIG. 2, 1 to m layers (m is a natural number of 2 or more). It may be. Moreover, as shown in FIG. 2, the functional coating KH may be composed of 1 to n layers (n is a natural number of 2 or more).
The die-casting die 1 may be any one that can die-cast various materials generally used for die casting such as Al, Zn, and Mg.

金型基材KKの材料は、特に限定されないが、SKD4、SKD5、SKD6、SKD7、SKD8、SKD61、SKD62等の熱間工具鋼が好適である。なぜなら、熱間工具鋼は、使用温度領域が特に高いからである。
金型基材KKは、焼入れ焼戻しを行い、硬さを調質した状態、又は、その後更に窒化処理を行った状態でもよい。窒化処理を行っておくと、表面の熱膨張係数が低下するので、中間層CS及び/又は機能性被膜KHの剥離や亀裂の発生を抑制することができる。また、Al、Zn、Mg等をダイカストする場合において、これらの金属溶湯に溶けにくくなる。
The material of the mold base KK is not particularly limited, but hot tool steels such as SKD4, SKD5, SKD6, SKD7, SKD8, SKD61, and SKD62 are suitable. This is because hot tool steel has a particularly high operating temperature range.
The mold base KK may be in a state where the hardness is tempered by quenching and tempering, or a state in which nitriding treatment is further performed thereafter. If the nitriding treatment is performed, the thermal expansion coefficient of the surface is lowered, so that the peeling of the intermediate layer CS and / or the functional coating KH and the occurrence of cracks can be suppressed. In addition, when Al, Zn, Mg, or the like is die-cast, it becomes difficult to dissolve in these molten metals.

中間層CSは、金型基材KKの表面に形成される。すなわち、機能性被膜KHと金型基材KKの表面との間に形成される。中間層CSは、金型基材KKの表面の全面にわたって形成したものでもよいし、金型基材KKの表面の少なくとも一部分に形成したものでもよい。中間層CSは、溶損や焼付きが懸念される部分、例えば、金型のキャビティの表面、キャビティに連通する湯道の表面、キャビティに隣接する表面等に形成したものでもよい。   The intermediate layer CS is formed on the surface of the mold base KK. That is, it is formed between the functional coating KH and the surface of the mold base KK. The intermediate layer CS may be formed over the entire surface of the mold base KK, or may be formed on at least a part of the surface of the mold base KK. The intermediate layer CS may be formed on a part that is liable to be damaged or seized, such as the surface of a mold cavity, the surface of a runner communicating with the cavity, or the surface adjacent to the cavity.

中間層CSは、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種からなる金属若しくは合金、又は、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物の単層又は複層からなるものであればよい。
ここで、「単層」とは、単一又は複数の元素からなる1種類の層をいい、「複層」とは、組成の異なる2種以上の層の積層体をいう。中間層CSを複層とすると、金型側と表面側との位置に応じて硬さを調節できる。このように中間層CSを形成したのは、最表面の耐焼付き性に優れた機能性被膜KHが剥離してしまった場合に、金型基材KKの表面に耐溶損性に優れた中間層CSとして単層又は複層を備えていることで、それ以上の溶損を防ぐことができるからである。
「金属」としては、上記各々の金属を単層又は複層にして用いることができる。
また、「合金」としては、CrAl、 TiAlを単層又は複層にして用いることができる。「化合物」としては、炭化物(例えば、CrC、TiC、CrAlC、TiAlC、VC、MoC、WC、TaC)、窒化物(例えば、TiN、ZrN、HfN、NbN、TaN、CrN、CrAlN、TiAlN、TiAlSiN)、炭窒化物(例えば、TiCN)を単層又は複層にして用いることができる。
The intermediate layer CS is made of at least one selected from IVa group elements (Ti, Zr, Hf), Va group elements (V, Nb, Ta), VIa group elements (Cr, Mo, W), Al, and Si. Or a metal or alloy, or at least one selected from group IVa elements (Ti, Zr, Hf), group Va elements (V, Nb, Ta), group VIa elements (Cr, Mo, W), Al, and Si What consists of a single layer or multiple layers of a compound containing a seed element may be used.
Here, “single layer” refers to one type of layer composed of a single element or a plurality of elements, and “multilayer” refers to a laminate of two or more types of layers having different compositions. If the intermediate layer CS is a multilayer, the hardness can be adjusted according to the positions of the mold side and the surface side. The intermediate layer CS was formed in this manner when the functional coating KH having excellent seizure resistance on the outermost surface was peeled off, and the intermediate layer having excellent melt resistance on the surface of the mold base KK. This is because by providing a single layer or multiple layers as CS, further melting damage can be prevented.
As the “metal”, each of the above metals can be used as a single layer or multiple layers.
As the “alloy”, CrAl and TiAl can be used as a single layer or a multilayer. “Compounds” include carbides (eg, CrC, TiC, CrAlC, TiAlC, VC, Mo 2 C, WC, TaC), nitrides (eg, TiN, ZrN, HfN, NbN, TaN, CrN, CrAlN, TiAlN, TiAlSiN) and carbonitride (for example, TiCN) can be used in a single layer or multiple layers.

図1(a)は、中間層CSが単層からなる場合におけるダイカスト用金型1の断面模式図を示す。具体的には、中間層CSは、CrN、Cr、TiN、Ti、TiAlN、TiAl、CrAlN、CrAl等により構成することができる。
図1(b)は、中間層CSが、下層側から順に中間層CS1,CS2の2層からなる場合におけるダイカスト用金型1の断面模式図を示す。具体的には、中間層CS1,CS2は、中間層CS1がCrで中間層CS2がCrNのもの、中間層CS1がTiで中間層CS2がTiNのもの、中間層CS1がCrNで中間層CS2がTiAlNのもの等により構成することができる。
図1(c)は、中間層CSが、下層側から順に中間層CS1,CS2,CS3の3層からなる場合におけるダイカスト用金型1の断面模式図を示す。具体的には、中間層CS1,CS2,CS3は、中間層CS1がCrで中間層CS2がCrNで中間層CS3がTiAlNのもの、中間層CS1がCrNで中間層CS2がTiAlNで中間層CS3がCrのもの等により構成することができる。
Fig.1 (a) shows the cross-sectional schematic diagram of the metal mold | die 1 for die-casting in case the intermediate | middle layer CS consists of a single layer. Specifically, the intermediate layer CS can be composed of CrN, Cr, TiN, Ti, TiAlN, TiAl, CrAlN, CrAl, or the like.
FIG.1 (b) shows the cross-sectional schematic diagram of the die-casting die 1 in case the intermediate | middle layer CS consists of two layers of intermediate | middle layers CS1 and CS2 in order from the lower layer side. Specifically, the intermediate layers CS1 and CS2 are composed of the intermediate layer CS1 of Cr and the intermediate layer CS2 of CrN, the intermediate layer CS1 of Ti and the intermediate layer CS2 of TiN, the intermediate layer CS1 of CrN and the intermediate layer CS2 of the intermediate layer CS2. TiAlN or the like can be used.
FIG.1 (c) shows the cross-sectional schematic diagram of the die-casting die 1 in case the intermediate | middle layer CS consists of three layers of intermediate | middle layers CS1, CS2, and CS3 in order from the lower layer side. Specifically, the intermediate layers CS1, CS2, and CS3 are composed of the intermediate layer CS1 of Cr, the intermediate layer CS2 of CrN, and the intermediate layer CS3 of TiAlN, the intermediate layer CS1 of CrN, the intermediate layer CS2 of TiAlN, and the intermediate layer CS3. It can be composed of Cr or the like.

中間層CSの層厚は、単層又は複層のいずれの場合においても全体で1〜30μmが好ましい。中間層CSの層厚が1μm以上が好ましいのは、耐溶損性を向上させることができるためである。また、中間層CSの層厚が薄くなりすぎると耐溶損性が不十分となる。一方、中間層CSの層厚が30μm以下が好ましいのは、これを超えると、各層の剥離等により耐溶損性が劣化するおそれがあるからである。   The layer thickness of the intermediate layer CS is preferably 1 to 30 μm as a whole in either case of a single layer or multiple layers. The reason why the thickness of the intermediate layer CS is preferably 1 μm or more is that the resistance to melting can be improved. Moreover, if the layer thickness of the intermediate layer CS becomes too thin, the melt resistance becomes insufficient. On the other hand, the reason why the thickness of the intermediate layer CS is preferably 30 μm or less is that if it exceeds this, the melt resistance may deteriorate due to peeling of each layer or the like.

ちなみに、中間層CSの硬さは、マイクロビッカース硬さで1000HV以下が好ましい。中間層CSの硬さが高くなりすぎると、金型に冷熱サイクルが加わったときに塑性変形による応力緩和が不十分となるためである。つまり、耐ヒートチェック性を向上させるためである。一方、中間層CSの硬さは、マイクロビッカース硬さで400Hv以上が好ましく、600Hv以上がより好ましい。中間層CSの硬さが低い方が高い応力緩和効果が得られるが、僅かな外力によって変形しやすくなり、中間層CS上に形成される他の中間層CS(複層の場合)や、機能性被膜KHの剥離や亀裂の発生を助長するおそれがあるからである。   Incidentally, the hardness of the intermediate layer CS is preferably 1000 HV or less in terms of micro Vickers hardness. This is because if the hardness of the intermediate layer CS becomes too high, stress relaxation due to plastic deformation becomes insufficient when a cooling cycle is applied to the mold. That is, it is for improving heat check resistance. On the other hand, the hardness of the intermediate layer CS is preferably 400 Hv or more, more preferably 600 Hv or more in terms of micro Vickers hardness. The lower the hardness of the intermediate layer CS, the higher the stress relaxation effect can be obtained. However, the intermediate layer CS is easily deformed by a slight external force, and other intermediate layers CS (in the case of multiple layers) formed on the intermediate layer CS and functions It is because there exists a possibility of promoting peeling and the generation | occurrence | production of a crack of the conductive film KH.

中間層CSは、イオンプレーティング法、蒸着法等により形成することができる。   The intermediate layer CS can be formed by an ion plating method, a vapor deposition method, or the like.

機能性被膜KHは、中間層CSの表面に形成される。すなわち、ダイカスト用金型1の最表面に形成される。機能性被膜KHは、中間層CSの表面の全面にわたって形成したものでもよいし、中間層CSの表面の少なくとも一部分に形成したものでもよい。機能性被膜KHは、溶損や焼付きが懸念される部分、例えば、金型のキャビティの表面、キャビティに連通する湯道の表面、キャビティに隣接する表面等に形成したものでもよい。   The functional coating KH is formed on the surface of the intermediate layer CS. That is, it is formed on the outermost surface of the die casting mold 1. The functional coating KH may be formed over the entire surface of the intermediate layer CS, or may be formed on at least a part of the surface of the intermediate layer CS. The functional coating KH may be formed on a portion that is liable to be damaged or seized, such as the surface of a mold cavity, the surface of a runner communicating with the cavity, the surface adjacent to the cavity, or the like.

機能性被膜KHは、Feを20質量%以上含有し、かつ、Fe酸化物が形成された材料からなるものであればよい。十分な耐焼付き性を得るためである。また、機能性被膜KHは、単層又は複層のいずれでもよい。機能性被膜KHは、具体的には、Fe酸化物として、Fe、FeO、Feの少なくとも1種を含有する単層又は複層からなるものとすることができる。また、機能性被膜KHの厚さは、0.5〜2.0μmとするとよい。薄すぎると十分な耐焼き付き性が得られない一方、厚すぎると剥離するおそれがあるからである。 The functional coating KH only needs to be made of a material containing Fe in an amount of 20% by mass or more and having an Fe oxide formed thereon. This is for obtaining sufficient seizure resistance. Further, the functional coating KH may be either a single layer or multiple layers. Specifically, the functional coating KH can be composed of a single layer or multiple layers containing at least one of Fe 2 O 3 , FeO, and Fe 3 O 4 as Fe oxide. The thickness of the functional coating KH is preferably 0.5 to 2.0 μm. This is because if the film is too thin, sufficient seizure resistance cannot be obtained, while if it is too thick, the film may be peeled off.

機能性被膜KHは、イオンプレーティング法、蒸着法等により被膜材を被覆した後、酸化処理することにより形成することができる。被膜材の被覆には、Fe及び/又はCrを含有するターゲット材を使用するとよい。ターゲット材は、Feを20質量%以上含有させたものが好ましい。その理由は、耐焼付き性向上に効果のあるFe酸化物を20質量%以上形成させるためである。ターゲット材は、具体的には、SUS201、SUS303、SUS304、SUS305、SUS316、SUS321等を用いることができる。酸化処理は、その方法は特に限定されないが、大気炉、ホモ処理炉、又は、ソルトバス中で行うことができる。これにより、Fe酸化物が形成されるからである。機能性被膜KHは、その表面から0.5μmまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の10倍以上となる高酸素部を備えるとよい。その理由は、このような高酸素部がない場合には、磨耗等によりFe酸化物が磨滅してしまい、耐焼付き性が劣化するおそれがあるためである。   The functional coating KH can be formed by coating with a coating material by an ion plating method, a vapor deposition method, or the like, followed by an oxidation treatment. For the coating of the coating material, a target material containing Fe and / or Cr may be used. The target material preferably contains 20% by mass or more of Fe. The reason is to form 20 mass% or more of Fe oxide effective for improving seizure resistance. Specifically, SUS201, SUS303, SUS304, SUS305, SUS316, SUS321, or the like can be used as the target material. The method for the oxidation treatment is not particularly limited, but can be performed in an atmospheric furnace, a homo-treatment furnace, or a salt bath. This is because Fe oxide is formed. The functional coating KH preferably includes a high oxygen portion where the oxygen concentration is 10 times or more that of the non-oxidized portion in the range from the surface to 0.5 μm. The reason is that in the absence of such a high oxygen part, the Fe oxide is worn away due to wear or the like, and the seizure resistance may be deteriorated.

尚、上記実施形態においては、ダイカスト用金型1の金型基材KKの表面に、中間層CS、及び、機能性被膜KHを形成する方法の例を説明したが、ダイカスト用金型に限らず、金型に付帯する部品類、例えば、鋳抜きピン・ウォータージャケット・シャットオフバルブ・ランナーインサート等の基材の表面処理に適用することは本実施形態の範囲に含まれる。   In the above embodiment, the example of the method of forming the intermediate layer CS and the functional coating KH on the surface of the die base material KK of the die casting die 1 has been described. However, the method is not limited to the die casting die. First, it is within the scope of the present embodiment to be applied to the surface treatment of base materials such as parts attached to the mold, such as core pins, water jackets, shut-off valves, runner inserts, and the like.

(ダイカスト用金型の被膜形成方法、及び、ターゲット材)
次に、本発明の一実施の形態に係るダイカスト用金型の被膜形成方法について説明する。本実施形態に係るダイカスト用金型の被膜形成方法は、
(1)金型基材KK・工具基材の作製・準備、
(2)中間層CSの形成工程、
(3)機能性被膜KHとなる被膜の形成工程、
(4)被膜Hの酸化による機能性被膜KHの形成工程からなる。
(Die-casting die film forming method and target material)
Next, a method for forming a coating film on a die casting mold according to an embodiment of the present invention will be described. The film forming method of the die casting mold according to this embodiment is as follows:
(1) Production / preparation of mold base KK / tool base,
(2) Step of forming intermediate layer CS,
(3) Step of forming a film to be the functional film KH,
(4) It consists of a process of forming a functional coating KH by oxidation of the coating H.

以下、これら(1)〜(4)の各工程について説明する。
(1)金型基材KK・工具基材の作製・準備
上記の材料、すなわち、熱間工具鋼(SKD4、SKD5、SKD6、SKD7、SKD8、SKD61、SKD62等)からなる金型基材・工具基材として、焼入れ焼戻しを行い、硬さを調質した状態、又は、その後更に窒化処理を行った状態のものを作製又は準備する。
窒化処理を行う場合における窒化処理方法は、特に、限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。窒化処理方法としては、具体的には、ガス窒化法、液体窒化法、イオン窒化法、ラジカル窒化法等を用いることができる。窒化処理は、省略してもよいが、窒化処理を行うと金型基材・工具基材の表面硬さが増すと同時に、その熱膨張係数が低下するため、耐ヒートチェック性が更に向上する。また、耐溶損性の向上にも寄与し、金型寿命を更に延ばすことができる。
Hereinafter, each process of these (1)-(4) is demonstrated.
(1) Preparation / preparation of mold base material KK / tool base material Mold base material / tool made of the above materials, that is, hot tool steel (SKD4, SKD5, SKD6, SKD7, SKD8, SKD61, SKD62, etc.) As a base material, the thing which carried out quenching and tempering and tempered hardness, or the state which performed the nitriding process after that is produced or prepared.
The nitriding method in the case of performing nitriding is not particularly limited, and various methods can be used depending on the purpose. Specifically, as the nitriding method, a gas nitriding method, a liquid nitriding method, an ion nitriding method, a radical nitriding method, or the like can be used. The nitriding treatment may be omitted, but when the nitriding treatment is performed, the surface hardness of the mold base material / tool base material is increased, and at the same time, the thermal expansion coefficient is lowered, so that the heat check resistance is further improved. . Moreover, it contributes to the improvement of the melt resistance and can further extend the mold life.

(2)中間層CSの形成工程
中間層CSは、金型基材・工具基材の表面に、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種からなる金属若しくは合金、又は、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物(例えば、炭化物、窒化物、炭窒化物)の単層又は複層を形成することにより形成される。
(2) Intermediate layer CS forming step The intermediate layer CS is formed on the surface of the mold base material / tool base material, group IVa elements (Ti, Zr, Hf), group Va elements (V, Nb, Ta), group VIa. A metal or alloy comprising at least one element selected from the elements (Cr, Mo, W), Al, and Si, or a group IVa element (Ti, Zr, Hf), a group Va element (V, Nb, Ta), By forming a single layer or a multiple layer of a compound (for example, carbide, nitride, carbonitride) containing at least one element selected from Group VIa elements (Cr, Mo, W), Al, and Si It is formed.

中間層CSを形成する方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。中間層形成方法としては、具体的には、イオンプレーティング法、蒸着法等を用いることができる。化合物を形成させる場合には、必要に応じて、炭化処理、窒化処理、又は、炭窒化処理を行うとよい。
ここで、中間層CSの組成は、ターゲット組成、電解液組成等により制御することができる。
また、中間層CSの層厚は、電解電圧及び処理時間を調節することにより制御することができる。
また、中間層CSの硬さは、その組成や形成方法の最適化等により制御することができる。
中間層CSを複層にする場合には、既に形成した中間層の上にこれらの処理を行えばよい。
The method for forming the intermediate layer CS is not particularly limited, and various methods can be used depending on the purpose. Specifically, an ion plating method, a vapor deposition method, or the like can be used as the intermediate layer forming method. In the case of forming a compound, carbonization treatment, nitriding treatment, or carbonitriding treatment may be performed as necessary.
Here, the composition of the intermediate layer CS can be controlled by the target composition, the electrolyte composition, and the like.
The layer thickness of the intermediate layer CS can be controlled by adjusting the electrolysis voltage and the processing time.
In addition, the hardness of the intermediate layer CS can be controlled by optimizing its composition and formation method.
When the intermediate layer CS is formed into a multilayer, these processes may be performed on the already formed intermediate layer.

(3)機能性被膜KHとなる被膜Hの形成工程
機能性被膜KHとなる被膜Hは、中間層CSの表面に、Feを20質量%以上含有するターゲット材(被覆材)を被覆することにより形成される。ターゲット材を被覆する方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。ターゲット材の被覆方法としては、具体的には、イオンプレーティング法、蒸着法等を用いることができる。
被膜H、ひいては、機能性被膜KHの組成は、ターゲット材の組成、被膜時の雰囲気等により制御することができる。
被膜H、ひいては、機能性被膜KHの層厚は、例えば、アーク電流及び処理時間等を調節することにより制御することができる。
被膜H、ひいては、機能性被膜KHの硬さは、その組成や形成方法の最適化等により制御することができる。
(3) Formation process of film H that becomes functional film KH Film H that becomes functional film KH covers the surface of intermediate layer CS with a target material (coating material) containing 20 mass% or more of Fe. It is formed. The method for coating the target material is not particularly limited, and various methods can be used depending on the purpose. Specifically, as a method for coating the target material, an ion plating method, a vapor deposition method, or the like can be used.
The composition of the coating H, and thus the functional coating KH, can be controlled by the composition of the target material, the atmosphere during coating, and the like.
The layer thickness of the coating H, and hence the functional coating KH, can be controlled by adjusting, for example, the arc current and the processing time.
The hardness of the coating H, and hence the functional coating KH, can be controlled by optimizing its composition and formation method.

(4)被膜Hの酸化による機能性被膜KHの形成工程
機能性被膜KHは、被膜Hを酸化処理することにより形成される。すなわち、この酸化処理により、Feを20質量%含有するだけでなく、Fe酸化物(Fe、FeO、Fe)の少なくとも1種を含む機能性被膜KHが形成される。
被膜Hの酸化処理方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。被膜Hの酸化処理方法として、具体的には、
(a)400〜600℃の大気炉内で所定時間、試料を保持する方法、
(b)400〜600℃の酸化性雰囲気(例えば、ホモ処理炉)の炉内で所定時間、試料を保持する方法、
(c)400〜600℃のソルト炉(例えば、塩浴窒化炉)内で所定時間、試料を浸漬する方法、を用いることができる。
(4) Step of forming functional film KH by oxidation of film H The functional film KH is formed by oxidizing the film H. That is, by this oxidation treatment, a functional coating KH not only containing 20% by mass of Fe but also containing at least one kind of Fe oxide (Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 ) is formed.
The method for oxidizing the coating H is not particularly limited, and various methods can be used depending on the purpose. As a method for oxidizing the coating H, specifically,
(A) A method of holding a sample for a predetermined time in an atmospheric furnace at 400 to 600 ° C.,
(B) a method of holding a sample for a predetermined time in a furnace of an oxidizing atmosphere (for example, a homoprocessing furnace) at 400 to 600 ° C.,
(C) A method of immersing a sample for a predetermined time in a salt furnace (for example, a salt bath nitriding furnace) at 400 to 600 ° C. can be used.

以下に本発明の実施例及び比較例について説明する。
(試験片の作製)
以下の(1)〜(4)の手順で試験片を作製したのでこれについて説明する。
表1及び表2に、実施例(表1の実施例25は、参考例)及び比較例の基材窒化の有無、中間層の組成及び膜厚、並びに、機能性被膜(又は被膜等)のFe量、膜厚及び酸化処理方法をまとめて示す。
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
(Preparation of test piece)
Since the test piece was produced in the following procedures (1) to (4), this will be described.
Tables 1 and 2 show the presence / absence of substrate nitriding in Examples ( Comparative Example 25 in Table 1) and Comparative Examples, the composition and film thickness of the intermediate layer, and the functional coating (or coating). The amount of Fe, film thickness, and oxidation treatment method are shown together.

(1)試験片の作製
SKD61からなる円柱状(φ11×70mm)の供試材を用意し、焼入れ及び焼戻しを施すことにより、硬さを44HRCに調質した。その後、円柱状(φ10×60mm)に精加工を行い、試験片を得た。
一部の試験片(表1及び表2の基材窒化の欄参照)に対してラジカル窒化処理を施した。ラジカル窒化処理の条件は、20vol%NHガス−80vol%Hガス中、500℃×3hrとした。
(1) Preparation of test piece A columnar (φ11 × 70 mm) specimen made of SKD61 was prepared, and the hardness was tempered to 44 HRC by quenching and tempering. Thereafter, it was precisely processed into a cylindrical shape (φ10 × 60 mm) to obtain a test piece.
Radical nitriding treatment was performed on some test pieces (see the column of base material nitriding in Tables 1 and 2). The conditions for radical nitriding were 500 ° C. × 3 hr in 20 vol% NH 3 gas-80 vol% H 2 gas.

(2)中間層の形成等
次に、一部の試験片(比較例22〜26は除く)の表面にイオンプレーティングにより、中間層として、1〜3層の単層又は複数層を形成させた。各層厚は、電解電圧及び処理時間を調節することにより制御した。また、炭化物、窒化物又は炭窒化物(表1及び表2では窒化物の例のみ)を形成させる場合には、反応容器内に反応ガス(メタン、窒素等)を導入した。反応ガスの分圧は、1〜10Paとした。尚、比較例22〜26には中間層を形成しなかった。
(2) Formation of intermediate layer, etc. Next, 1 to 3 single layers or multiple layers are formed as intermediate layers on the surface of some test pieces (excluding Comparative Examples 22 to 26) by ion plating. It was. Each layer thickness was controlled by adjusting the electrolysis voltage and the treatment time. Moreover, when forming carbide, nitride, or carbonitride (only examples of nitride in Tables 1 and 2), a reaction gas (methane, nitrogen, etc.) was introduced into the reaction vessel. The partial pressure of the reaction gas was 1 to 10 Pa. In Comparative Examples 22 to 26, no intermediate layer was formed.

(3)イオンプレーティング
イオンプレーティング装置(日新電機(株)製マルチアークPVD装置M500C−600)のターゲットとして65vol%以上Fe残部Crのターゲットを用いて、各試験片(実施例1〜30及び比較例4)の表面にイオンプレーティングにより、単層又は複層(表1及び表2では単層の例のみ)の被膜を形成させた。また、窒化物を形成させる場合には、反応容器内に窒素ガスを導入した。反応ガスの分圧は、1〜5Paとした。
(3) Ion plating Each test piece (Examples 1 to 30) using a target of 65 vol% or more Fe residual Cr as a target of an ion plating apparatus (multi-arc PVD apparatus M500C-600 manufactured by Nissin Electric Co., Ltd.). And the film of the single layer or the multilayer (only the example of a single layer in Table 1 and Table 2) was formed on the surface of comparative example 4) by ion plating. Moreover, when forming nitride, nitrogen gas was introduce | transduced in reaction container. The partial pressure of the reaction gas was 1 to 5 Pa.

(4)酸化処理
表1及び表2に示す条件で、大気炉、ホモ処理炉、又は、ソルトバス中で各試験片(実施例1〜30、比較例4〜21,23,24,26)の酸化処理を行った。これにより、実施例の各試験片の表面に機能性被膜を形成させるとともに、対象となる比較例の各試験片の表面を酸化させた。
(4) Oxidation treatment Under the conditions shown in Tables 1 and 2, each test piece (Examples 1 to 30, Comparative Examples 4 to 21, 23, 24, 26) in an atmospheric furnace, a homo-treatment furnace, or a salt bath. The oxidation treatment was performed. Thereby, while forming the functional film in the surface of each test piece of an Example, the surface of each test piece of the comparative example used as object was oxidized.

Figure 0005245569
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Figure 0005245569
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(機能性被膜の分析:組成分析)
次に、実施例12について、機能性被膜に含有されるFe元素量、及び、機能性被膜KHの酸素濃度を分析した。これらの分析は、(株)堀場製作所製の高周波グロー放電分光分析装置(GD−OES)を用いて、機能性被膜の表層からの組成を調べることにより行った。その結果を、図3及び図4に示す。
図3は、機能性被膜KHに含まれる各元素量をその表面からの距離との関係で示したグラフである。図3に示したように、機能性被膜KHは、Fe量が約78質量%〜約38質量%であることがわかった。
図4は、機能性被膜KHに含まれる各元素のうちO(酸素)量を検証するために、図3に示したグラフの横軸で示す0〜1μmの部分を拡大して示したグラフである。図4に示したように、機能性被膜KHは、その表面から0.5μmの間に酸素濃度が非酸化部の10倍以上となる範囲があることがわかった。
(Analysis of functional coating: composition analysis)
Next, for Example 12, the amount of Fe element contained in the functional coating and the oxygen concentration of the functional coating KH were analyzed. These analyzes were performed by examining the composition from the surface layer of the functional coating using a high frequency glow discharge spectroscopic analyzer (GD-OES) manufactured by Horiba, Ltd. The results are shown in FIGS.
FIG. 3 is a graph showing the amount of each element contained in the functional coating KH in relation to the distance from the surface. As shown in FIG. 3, the functional coating KH was found to have an Fe content of about 78% by mass to about 38% by mass.
FIG. 4 is a graph showing an enlarged portion of 0 to 1 μm indicated by the horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 in order to verify the amount of O (oxygen) among the elements included in the functional coating KH. is there. As shown in FIG. 4, it was found that the functional coating KH had a range in which the oxygen concentration was 10 times or more that of the non-oxidized portion between 0.5 μm from the surface.

(機能性被膜の分析:酸化物形成)
次に、実施例12について、Fe酸化物が形成されているか否かを分析した。この分析は、(株)リガク製のX線回折装置(XRD)を用いた構造解析により行った。その結果を、図5に示す。
経験的な構造解析データを踏まえると、同図に示した結果によれば、酸化物(Fe)のピークが出ていることが確認できた。従って、機能性被膜KHは、酸化物が形成されていることが確認できた。また、その他の実施例についても、同様の方法でFe、FeO、Fe等の酸化物が形成されていることが確認できた。
(Analysis of functional coating: oxide formation)
Next, Example 12 was analyzed whether or not Fe oxide was formed. This analysis was performed by structural analysis using an X-ray diffractometer (XRD) manufactured by Rigaku Corporation. The result is shown in FIG.
Based on empirical structural analysis data, it was confirmed that the peak of the oxide (Fe 2 O 3 ) appeared according to the results shown in the figure. Therefore, it was confirmed that the functional coating KH was formed with an oxide. In other examples, it was confirmed that oxides such as Fe 2 O 3 , FeO, and Fe 3 O 4 were formed by the same method.

(評価試験:耐焼付き性)
各実施例及び各比較例の試験片の耐焼付き性を調べたので、これについて説明する。
750℃に加熱した鋳造用アルミニウム合金(JIS ADC12)溶湯中に表面処理を施したφ10試験片を30秒間浸漬した。試験片を溶湯から引き上げ、室温まで冷却した後、表面に付着したアルミニウム合金の凝固膜をウェスで可能な限り除去した。焼付き性は、凝固膜が残るか否かを目視で観察することにより評価した。その結果を表1及び表2に示す。結果は、凝固膜が残らなかったものを良好(「○」で示す)とし、凝固膜が多少残ったものをやや悪い(「△」で示す)とし、凝固膜が殆ど取れなかったものを悪い(「×」で示す)とした。
(Evaluation test: seizure resistance)
Since the seizure resistance of the test pieces of each Example and each Comparative Example was examined, this will be described.
A φ10 test piece subjected to surface treatment was immersed in a molten aluminum alloy for casting (JIS ADC12) heated to 750 ° C. for 30 seconds. The specimen was pulled up from the molten metal and cooled to room temperature, and then the solidified film of the aluminum alloy adhering to the surface was removed with a waste as much as possible. The seizure property was evaluated by visually observing whether a solidified film remains. The results are shown in Tables 1 and 2. The result is that the solidified film does not remain as good (indicated by “◯”), the solidified film remains somewhat poor (indicated by “△”), and the solidified film that is hardly removed is bad. (Indicated by “x”).

(評価試験:耐溶損性)
各実施例及び各比較例の試験片の耐溶損性を調べたので、これについて説明する。
図6に示すアルミ溶損試験機を用いて、溶損率を測定した。同図において、アルミ溶損試験器10は、フロアFLから垂直に立設する支柱11と、支柱11にスライダ12を介して昇降自在に支持されたアーム13と、アーム13の先端付近から垂下し、モータMによって回転する回転軸14と、回転軸14の下端に固定された円板15とを備える。円板15の下面には、円板15の中心から偏心した位置に試験片を下向きに固定し、試験片の根本をアルミ溶湯から保護するためのホルダ16が設けられている。円板15の下方には、アルミニウム合金溶湯Lが保持された保持炉17が設けられている。保持炉17の外周面にはヒータhが螺旋状に巻き付けられ、保持炉17は、断熱槽18内に収容されている。
表面処理を施したφ10試験片pをホルダー16に先端30mmを出した状態で取り付けた。この状態でスライダ12を下降させ、750℃に加熱した鋳造用アルミニウム合金(JIS ADC12)溶湯Lに試験片pの先端30mmを浸漬し、円板15を200rpmで1〜5時間回転させた。
試験前後の各試験片pの重量を測定し、溶損率(試験前後の重量差割合)を算出した。その結果を表1及び表2に示す。
(Evaluation test: resistance to erosion)
The melt resistance of the test pieces of each Example and each Comparative Example was examined and will be described.
The erosion rate was measured using the aluminum erosion tester shown in FIG. In the figure, an aluminum erosion tester 10 includes a support column 11 standing vertically from a floor FL, an arm 13 supported by the support column 11 through a slider 12 so as to be movable up and down, and hanging from the vicinity of the tip of the arm 13. The rotating shaft 14 is rotated by the motor M, and the disc 15 is fixed to the lower end of the rotating shaft 14. On the lower surface of the disc 15, a holder 16 is provided for fixing the test piece downward at a position eccentric from the center of the disc 15 and protecting the base of the test piece from the molten aluminum. A holding furnace 17 in which the molten aluminum alloy L is held is provided below the disk 15. A heater h is spirally wound around the outer peripheral surface of the holding furnace 17, and the holding furnace 17 is accommodated in a heat insulating tank 18.
The surface-treated φ10 test piece p was attached to the holder 16 with the tip 30 mm out. In this state, the slider 12 was lowered, the tip 30 mm of the test piece p was immersed in the molten aluminum L for casting (JIS ADC12) heated to 750 ° C., and the disk 15 was rotated at 200 rpm for 1 to 5 hours.
The weight of each test piece p before and after the test was measured, and the erosion rate (weight difference ratio before and after the test) was calculated. The results are shown in Tables 1 and 2.

(試験結果)
実施例は、耐焼付き性及び耐溶損性の両者がいずれも良好だったのに対して、比較例は、それら両者が共に良好だったものはなかった。全体的には金型基材に中間層を形成し、その上に機能性被膜を形成すると、
(1)機能性被膜が耐焼付き性の向上に効果があるとともに、耐溶損性にも寄与すること、及び、
(2)中間層が耐溶損性の向上に効果があることがわかった。
以下これらの結果について更に詳細に考察する。
(Test results)
While both the seizure resistance and the melt resistance were good in the examples, none of the comparative examples was good in both. Overall, when an intermediate layer is formed on the mold base, and a functional film is formed thereon,
(1) The functional coating is effective in improving seizure resistance and contributes to resistance to erosion, and
(2) It was found that the intermediate layer was effective in improving the resistance to melting.
These results are discussed in more detail below.

(試験結果の考察:機能性被膜について)
機能性被膜の有無の観点から、この結果について考察する。
機能性被膜の有無が異なる比較例と実施例(中間層がTiNである比較例1と実施例10,11、中間層がCrNである比較例2と実施例1〜6,23〜25、中間層がCrである比較例3と実施例7〜9)とを比べると、いずれも実施例は耐焼付き性が良好だが、比較例はウエスで擦っても殆ど取れないようなAlの焼付きが見られ、耐焼付き性が悪かった。このことから、実施例の機能性被膜は、耐焼付き性を高める作用があることがわかった。これらの実施例の中には、中間層の厚さが比較例よりも薄いもの(実施例7〜9,23)があるが、中間層が薄くても機能性被膜が形成されていれば耐焼付き性が良好であることがわかった。
(Consideration of test results: Functional coating)
This result is considered from the viewpoint of the presence or absence of a functional coating.
Comparative Examples and Examples with or without Functional Coating (Comparative Example 1 and Examples 10 and 11 in which the intermediate layer is TiN, Comparative Example 2 and Examples 1 to 6, 23 to 25 in which the intermediate layer is CrN, intermediate Comparing Comparative Example 3 in which the layer is Cr and Examples 7 to 9), all of the examples have good seizure resistance, but the comparative example has an Al seizure that can hardly be removed even by rubbing with a waste cloth. The seizure resistance was poor. From this, it was found that the functional coatings of the examples had an effect of improving the seizure resistance. In these examples, the intermediate layer has a thinner thickness than the comparative examples (Examples 7 to 9 and 23). However, if the functional film is formed even if the intermediate layer is thin, it is resistant to fire. It was found that the adhesion was good.

ところで、比較例9,10のように最表層となる中間層がCrだけの場合、この中間層を直接酸化処理した場合には、酸化処理方法が同じであっても、耐焼付き性が異なる結果になった。その原因として、ソルト炉内の微量なFe酸化物が表面に付着したことが影響したと考えられる。
以上のことから、機能性被膜が耐焼付き性を向上させるのに効果があることがわかった。
By the way, when the intermediate layer which is the outermost layer is only Cr as in Comparative Examples 9 and 10, when this intermediate layer is directly oxidized, the seizure resistance is different even if the oxidation method is the same. Became. The cause is considered to be that a small amount of Fe oxide in the salt furnace was attached to the surface.
From the above, it was found that the functional coating is effective in improving the seizure resistance.

次に、機能性被膜の具体的構成の観点から、上記結果について考察する。
比較例4と各実施例とを比べると、比較例4は、中間層が形成され、更に、被膜が形成されているが酸化処理がされていないため酸化物が形成されておらず、Alの焼付きが見られた。従って、耐焼付き性を良好とするには、被膜に酸化物が形成されるとよいことが確認できた。また、実施例12の構造解析(図5参照)によれば、形成された酸化物は、Fe等であることから、機能性被膜に形成される酸化物は、Fe酸化物であればよいことが確認できた。
また、実施例1〜22は、酸化処理方法として大気炉・ソルト炉・雰囲気炉のいずれかを採用し、酸化時間を1h又は5hとしているが、いずれにおいても焼付きが起こらず良好な耐焼付き性を示した。このことから、Fe酸化物を形成させるための酸化処理方法は、限定されないことが確認できた。
更に、実施例12の組成分析(図3参照)によれば、機能性被膜のFe元素量が約38質量%〜約78質量%程度であった。
また、同図によれば、機能性被膜は、その表面から0.5μmまでの範囲における酸素濃度が非酸化部の酸素濃度の10倍以上となる範囲があることが確認できた。
Next, the above results will be considered from the viewpoint of the specific configuration of the functional coating.
Comparing Comparative Example 4 with each Example, Comparative Example 4 has an intermediate layer formed, and further, a coating film is formed but no oxidation treatment is performed, so that no oxide is formed. Seizure was observed. Therefore, it was confirmed that an oxide should be formed on the film in order to improve the seizure resistance. In addition, according to the structural analysis of Example 12 (see FIG. 5), the formed oxide is Fe 2 O 3 or the like, and therefore the oxide formed in the functional film may be Fe oxide. I was able to confirm.
Moreover, although Examples 1-22 employ | adopt any one of an atmospheric furnace, a salt furnace, and an atmospheric furnace as an oxidation processing method, and oxidation time is 1h or 5h, in any case, seizure does not occur and favorable seizure resistance Showed sex. From this, it has been confirmed that the oxidation treatment method for forming the Fe oxide is not limited.
Furthermore, according to the composition analysis of Example 12 (see FIG. 3), the Fe element amount of the functional coating was about 38 mass% to about 78 mass%.
Further, according to the figure, it was confirmed that the functional coating had a range in which the oxygen concentration in the range from the surface to 0.5 μm was 10 times or more the oxygen concentration in the non-oxidized part.

尚、機能性被膜を形成したことによって、耐焼付き性が向上した理由は次のように考えられる。機能性被膜が形成された状態で、焼付きを生じるには、「Al溶湯が、(a)Fe酸化物の酸素と鉄との結合を引き離し、更に、(b)その酸素と結合すること」を要するが、機能性被膜が形成された状態でこの(a)及び(b)を起こすには相当のエネルギーを要する。従って、機能性被膜が形成された試験片は、この(a)及び(b)が起きないため、焼付きを起こさず、その結果耐焼付き性が向上したといえる。   The reason why the seizure resistance is improved by forming the functional film is considered as follows. To cause seizure in a state in which a functional film is formed, “Al molten metal (a) separates the bond between oxygen and iron in the Fe oxide, and (b) bonds with the oxygen”. However, considerable energy is required to cause (a) and (b) in the state where the functional film is formed. Therefore, since the test pieces on which the functional film is formed do not cause (a) and (b), seizure does not occur, and as a result, it can be said that seizure resistance is improved.

(試験結果の考察:中間層について)
中間層の有無の観点から、上記結果について考察する。
中間層の有無が異なる比較例同士(具体的には、中間層の無い比較例22〜26と、中間層の有る比較例5〜7,14〜19と)を比較すると、中間層有りのものは溶損率が0.5〜12%と比較的低かったのに対して、中間層無しのものは基材窒化の有無に拘わらず溶損率が85〜100%と高かった。このことから、中間層を形成すると耐溶損性を向上させ得ることが確認できた。
(Consideration of test results: about intermediate layer)
The above results are considered from the viewpoint of the presence or absence of an intermediate layer.
Comparing comparative examples with different intermediate layers (specifically, comparative examples 22 to 26 without an intermediate layer and comparative examples 5 to 7 and 14 to 19 with an intermediate layer) Was relatively low at 0.5 to 12%, while those without an intermediate layer had a high rate of 85 to 100% regardless of the presence or absence of nitriding of the base material. From this, it was confirmed that the melt resistance can be improved by forming the intermediate layer.

ここで、比較例14〜19によれば、中間層が薄いと溶損率の増加傾向が推察される。しかし、中間層が薄くても実施例23,30のように機能性被膜がある場合には、溶損率を比較的低く抑えることができることが確認できた。このことは、実施例1〜30は、比較例に比べて浸漬時間が同等又は長いが、それでも溶損率が3%以下と低い傾向にあることにより裏付けられる。もっとも、実施例23,30を他の実施例と比べると、中間層が薄すぎると溶損率が高くなることが懸念されるため、中間層厚さは1μm以上が好ましいと判断された。一方、参考例25を他の実施例と比べると、中間層が厚すぎても溶損率が高くなることが懸念されるため、中間層厚さは30μm以下が好ましいと判断された。
従って、実施例のように中間層の形成が耐溶損性を向上させ得るとともに、中間層の他に更に機能性被膜を形成すると、耐溶損性の向上に寄与することが確認できた。
Here, according to Comparative Examples 14 to 19, when the intermediate layer is thin, an increasing tendency of the erosion rate is assumed. However, even if the intermediate layer was thin, it was confirmed that the melting rate could be kept relatively low when there was a functional coating as in Examples 23 and 30. This is supported by the fact that Examples 1 to 30 have the same or longer immersion time as compared with the comparative example, but the melting rate still tends to be as low as 3% or less. However, when Examples 23 and 30 are compared with other Examples, it is feared that the melting rate increases if the intermediate layer is too thin. Therefore, it was determined that the intermediate layer thickness is preferably 1 μm or more. On the other hand, when Reference Example 25 was compared with other examples, it was feared that the melt loss rate would be increased even if the intermediate layer was too thick. Therefore, the intermediate layer thickness was determined to be preferably 30 μm or less.
Accordingly, it was confirmed that the formation of the intermediate layer as in the Examples can improve the resistance to melting loss, and if a functional film is further formed in addition to the intermediate layer, it contributes to the improvement of the resistance to melting loss.

ちなみに、比較例4は、中間層の表面にFe元素量が65質量%の被膜を形成していても、浸漬時間2時間で溶損率が90%と悪い結果だった。従って、中間層の表面に酸化物が形成されていない被膜だけが形成されていても、耐溶損性の向上に寄与しないことが確認できた。   Incidentally, in Comparative Example 4, even when a film having an Fe element amount of 65% by mass was formed on the surface of the intermediate layer, the erosion rate was 90% with a soaking time of 2 hours. Therefore, it has been confirmed that even if only the coating film on which the oxide is not formed is formed on the surface of the intermediate layer, it does not contribute to the improvement of the melt resistance.

(試験結果の考察:基材窒化について)
基材窒化の有無の観点から、上記結果について考察する。
基材窒化の有無が異なる実施例4と26、実施例2と27、実施例6と28、実施例11と29、実施例7と30をそれぞれ比較すると、基材窒化有りのものは、基材窒化無しのものに比べて溶損率が低い傾向にあることを確認できた。このことから、中間層の表面に酸化物が形成され、更に、基材窒化が施されていると耐溶損性に寄与することが確認できた。
(Consideration of test results: About substrate nitriding)
The above results will be considered from the viewpoint of the presence or absence of substrate nitriding.
When Examples 4 and 26, Examples 2 and 27, Examples 6 and 28, Examples 11 and 29, and Examples 7 and 30 with or without substrate nitridation are compared, It was confirmed that the melting loss rate tends to be lower than that of the material without nitriding. From this, it has been confirmed that if an oxide is formed on the surface of the intermediate layer and further the nitriding of the base material is performed, it contributes to the resistance to melting damage.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明は、上記実施形態を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the above embodiment.

本発明に係るダイカスト用金型は、Al、Mg、Zn等のダイカストに用いられるダイカスト用金型として実施することができる。また、本発明に係る被膜用ターゲット材、及び、被膜形成方法は、本発明に係るダイカスト用金型の他、ダイカストに関する工具を生産するのに用いることができる。   The die casting die according to the present invention can be implemented as a die casting die used for die casting of Al, Mg, Zn or the like. Moreover, the target material for a film and the method for forming a film according to the present invention can be used for producing a die casting tool in addition to a die casting die according to the present invention.

ダイカスト用金型1の断面模式図を示し、同図(a)は中間層CSが単層(1層)からなる場合、同図(b)は中間層CSが2層からなる場合、同図(c)は中間層CSが3層からなる場合を示す。The cross-sectional schematic diagram of the die-casting die 1 is shown. FIG. 5A shows a case where the intermediate layer CS is composed of a single layer (one layer), and FIG. (C) shows a case where the intermediate layer CS is composed of three layers. ダイカスト用金型1の断面を一般化して示した断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram which generalized and showed the cross section of the metal mold | die 1 for die-casting. 実施例12で得られた機能性被膜の組成分析結果を示すグラフである。10 is a graph showing the composition analysis result of the functional coating obtained in Example 12. 図3の組成分析結果のうち横軸の0〜1μmの部分を拡大して示すグラフである。It is a graph which expands and shows the 0-1 micrometer part of a horizontal axis among the composition analysis results of FIG. 実施例12で得られた機能性被膜のXRDパターンを示すグラフである。10 is a graph showing an XRD pattern of a functional coating obtained in Example 12. アルミ溶損試験機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an aluminum erosion tester.

符号の説明Explanation of symbols

1 ダイカスト用金型
KK 金型基材
CS 中間層
KH 機能性被膜
1 Die casting mold KK Mold base CS Intermediate layer KH Functional coating

Claims (3)

金型基材と、
前記金型基材の表面に形成され、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種からなる金属若しくは合金、又は、IVa族元素(Ti、Zr、Hf)、Va族元素(V、Nb、Ta)、VIa族元素(Cr、Mo、W)、Al、及び、Siから選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物の単層又は複層からなり、イオンプレーティング法にて形成した厚みが1〜10μmである中間層と、
前記中間層の表面に形成され、厚みが0.5〜2.0μmであり、Feを20質量%以上含有し、かつ、Fe酸化物が形成された被膜と、
を備えたことを特徴とするダイカスト用金型。
A mold base;
Formed on the surface of the mold base material, from IVa group elements (Ti, Zr, Hf), Va group elements (V, Nb, Ta), VIa group elements (Cr, Mo, W), Al, and Si A metal or alloy of at least one selected from the above, or a group IVa element (Ti, Zr, Hf), a group Va element (V, Nb, Ta), a group VIa element (Cr, Mo, W), Al, and Ri Do a single layer or multiple layers of compounds containing at least one element selected from Si, an intermediate layer is 1~10μm thickness formed by ion plating,
A film formed on the surface of the intermediate layer, having a thickness of 0.5 to 2.0 μm, containing 20% by mass or more of Fe, and having an Fe oxide formed thereon ;
A die casting mold characterized by comprising:
前記金型基材の表面は、窒化処理がされていることを特徴とする請求項1に記載のダイカスト用金型。 Surface of the mold base material, die casting mold according to claim 1 you characterized in that nitriding is. 前記被膜は、その表面から0.5μmまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の10倍以上となる高酸素部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のダイカスト用金型。 3. The die casting die according to claim 1 , wherein the coating includes a high oxygen portion having an oxygen concentration of 10 times or more of the non-oxidized portion in a range from the surface to 0.5 μm.
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