JP5988144B2 - Coated article excellent in corrosion resistance and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、例えばプラスチックやゴムの成形に用いられる金型、工具、および射出成形用部品といった、耐食性が求められる被覆物品およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a coated article requiring corrosion resistance, such as a mold, a tool, and an injection molding part used for molding plastics and rubber, and a method for manufacturing the same.

従来、プラスチック(樹脂)やゴムの成形においては、その被成形材によってもたらされる腐食環境から、成形に使用される金型や工具等の物品には優れた耐食性が求められている。例えば射出成形の場合、そのプラスチック等の被成形材には耐熱性や強度を向上させるための各種の添加剤が加えられる。そして、射出成形中には、その加熱または発熱によってプラスチックが分解する一方で、上記の添加剤からも腐食性ガスが発生するので、射出成形用部品(例えば、スクリューヘッドやシールリング、など)は激しい腐食環境に曝され、孔食やガス焼付き等の損傷を受けやすい。   Conventionally, in the molding of plastics (resins) and rubbers, excellent corrosion resistance is required for articles such as molds and tools used for molding because of the corrosive environment caused by the molding material. For example, in the case of injection molding, various additives for improving heat resistance and strength are added to a material to be molded such as plastic. During injection molding, the plastic is decomposed by heating or heat generation, and corrosive gas is also generated from the above additives. Therefore, injection molding parts (for example, screw heads, seal rings, etc.) Exposed to severe corrosive environment and susceptible to damage such as pitting and gas seizure.

腐食環境下で使用される各種物品の耐食性を向上する手法としては、該部品への表面処理が一般的に用いられている。例えば、厚膜のハードクロムメッキを被覆することで耐食性を改善する手法がある。また、物理蒸着法や化学蒸着法によって被覆されるTiN、CrN、TiCN等の硬質皮膜は、その優れた耐食性に加えて、高硬度による耐摩耗性も備えていることから、有効な手法である。   As a technique for improving the corrosion resistance of various articles used in a corrosive environment, surface treatment on the component is generally used. For example, there is a technique for improving the corrosion resistance by coating a thick hard chrome plating. Also, hard coatings such as TiN, CrN, and TiCN coated by physical vapor deposition and chemical vapor deposition are effective methods because they have high hardness and wear resistance in addition to their excellent corrosion resistance. .

例えば、射出成形用部品の表面を窒化処理した後、アークイオンプレーティング法によるCrNやTiN皮膜を被覆することで、耐摩耗性や皮膜密着性を改善する手法がある(特許文献1)。また、同じくCrNやTiN皮膜を被覆する手法においては、基材との密着性および耐食性に優れたCrN皮膜を先に被覆した上に、高硬度のTiN皮膜を複層被覆することで、耐食性を付与する手法がある(特許文献2)。   For example, there is a technique for improving wear resistance and film adhesion by nitriding the surface of an injection molding part and then coating a CrN or TiN film by an arc ion plating method (Patent Document 1). Similarly, in the method of coating a CrN or TiN film, the CrN film having excellent adhesion and corrosion resistance to the base material is coated first, and then a high-hardness TiN film is coated in multiple layers, thereby improving the corrosion resistance. There is a method of giving (Patent Document 2).

また、上記の皮膜成分の改良による一方では、その構造を改良することで、皮膜特性を向上させる手法がある。例えば切削工具の分野では、その工具表面に硬質皮膜を被覆する際、被覆途中に中間イオンエッチング(ボンバード処理)を行なうことで亀裂破壊の要因となるドロップレットを除去し、ボイドやポアの発生しない平滑な皮膜を得る手法がある(特許文献3)。そして、上記のドロップレットを除去する手法は、サンドブラストによる機械的処理を適用する手法もある(特許文献4)。   On the other hand, there is a technique for improving the film properties by improving the structure on the other hand by improving the film components. For example, in the field of cutting tools, when coating a hard film on the tool surface, intermediate ion etching (bombarding) is performed in the middle of the coating to remove droplets that cause crack fracture, and no voids or pores are generated. There is a technique for obtaining a smooth film (Patent Document 3). As a technique for removing the above-described droplets, there is a technique in which mechanical processing by sandblasting is applied (Patent Document 4).

硬質皮膜の被覆手段に物理蒸着法を採用することは、基材に掛かる熱的負荷が小さいことから有効である。しかしながら、物理蒸着法で被覆した皮膜中には上記のドロップレットやパーティクル等が少なからず存在する。これらに起因したボイドやポア、ピンホール状の隙間欠陥が、特に基材にまで貫通すると、その部位では腐食が激しく進行し、早期の孔食やガス焼付きの要因となる。そのため、特許文献1の硬質皮膜は、それが耐食性に優れたCrNであっても、皮膜中に上記の欠陥が存在することで本来の耐食性が得られないという課題がある。また、特許文献2の硬質皮膜は、そのCrN皮膜上にTiN皮膜を被覆したとしても、CrN皮膜中に一旦形成された欠陥はそのまま覆い隠すことが難しい。   Adopting the physical vapor deposition method as the means for coating the hard film is effective because the thermal load applied to the substrate is small. However, there are not a few droplets and particles as described above in the film coated by the physical vapor deposition method. When voids, pores, or pinhole-like gap defects due to these penetrate into the base material in particular, the corrosion progresses violently at the site, which causes early pitting corrosion and gas seizure. Therefore, even if it is CrN which was excellent in corrosion resistance, the hard film of patent document 1 has the subject that original corrosion resistance cannot be obtained because the said defect exists in a film. Moreover, even if the hard film of patent document 2 coat | covers the TiN film | membrane on the CrN film | membrane, it is difficult to cover the defect once formed in the CrN film | membrane as it is.

一方、ドロップレットを除去する手法である特許文献3または特許文献4の適用が有効と考えられるが、さらに十分な耐食性を得るための新しい耐食性付与の手法の開発が望まれている。   On the other hand, the application of Patent Document 3 or Patent Document 4 which is a technique for removing droplets is considered to be effective, but development of a new technique for imparting corrosion resistance for obtaining sufficient corrosion resistance is desired.

上記の背景において、本発明者等は、物品の基材表面に物理蒸着法によって少なくとも2層以上からなる硬質皮膜を被覆した耐食性に優れた被覆物品の製造方法であって、該製造方法は、前記基材表面に第1の硬質皮膜を被覆するステップと、前記第1の硬質皮膜の表面に第2の硬質皮膜を被覆するステップとを含み、前記第2の硬質皮膜を被覆するステップの前に、前記第1の硬質皮膜の表面を、算術平均粗さRaが0.05μm以下、かつ最大高さRzが1.00μm以下に研磨するステップを更に含む、耐食性に優れた被覆物品の製造方法の発明を提案している(特許文献5)。   In the above background, the present inventors are a method for producing a coated article excellent in corrosion resistance, in which a hard coating composed of at least two layers or more is coated on the surface of a substrate of the article by a physical vapor deposition method. Before the step of coating the second hard coating, comprising: coating the surface of the substrate with a first hard coating; and coating the surface of the first hard coating with a second hard coating. The method further comprises the step of polishing the surface of the first hard film to an arithmetic average roughness Ra of 0.05 μm or less and a maximum height Rz of 1.00 μm or less. This invention is proposed (Patent Document 5).

特開2001−150500号公報JP 2001-150500 A 特開2005−144992号公報JP 2005-144992 A 特開2009−078351号公報JP 2009-078351 A 欧州特許第0756019号明細書European Patent No. 0756019 国際公開WO2011/125657International Publication WO2011 / 125657

本発明者等が特許文献5において提案している被覆物品の製造方法では、皮膜表面から基材に向かって貫通する欠陥が抑制され、耐食性を向上させることができる。
しかしながら、耐摩耗性を向上させるために第2の硬質皮膜にシリコンやホウ素等を添加したクロム系の窒化物皮膜を適用した場合、単層皮膜では膜厚の増加に伴い結晶粒界が粗大化する傾向にあり、表面の粗大な結晶粒界が起点となって腐食が進行する場合があった。
In the method for manufacturing a coated article proposed by the present inventors in Patent Document 5, defects penetrating from the surface of the coating toward the substrate can be suppressed, and the corrosion resistance can be improved.
However, when a chromium-based nitride film with silicon or boron added to the second hard film is applied to improve wear resistance, the grain boundary becomes coarser as the film thickness increases in the single-layer film. In some cases, the corrosion progresses starting from the coarse grain boundaries on the surface.

本発明の目的は上記の課題に鑑み、耐摩耗性を向上させるために、シリコンやホウ素等を添加した場合でも、耐食性に優れた被覆物品およびその製造方法を提供することである。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a coated article having excellent corrosion resistance and a method for manufacturing the same even when silicon, boron, or the like is added in order to improve wear resistance.

本発明者等は、物理蒸着法で被覆した硬質皮膜について、耐摩耗性および耐食性を同時に向上させる手法について鋭意研究し、これらを解決する特定の皮膜構造を見出した。   The inventors of the present invention have intensively studied a technique for simultaneously improving wear resistance and corrosion resistance of a hard film coated by physical vapor deposition, and have found a specific film structure that solves these problems.

すなわち本発明は、金属を母材とする物品の基材表面に物理蒸着法によって硬質皮膜を被覆した被覆物品であって、
前記硬質皮膜は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含むクロム系の窒化物または炭窒化物であるa層と、該a層よりも上層に被覆された、各層の膜厚が100nm以下で、組成が異なる窒化物または炭窒化物が交互に積層したb層と、を含み、
前記a層の表面は研磨されており、前記b層の各層は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含み、少なくとも一方にシリコンおよび/またはホウ素を含む耐食性に優れた被覆物品である。
That is, the present invention is a coated article in which a hard film is coated by a physical vapor deposition method on the surface of a base material of a metal-based article,
The hard film was coated with a layer which is a chromium-based nitride or carbonitride containing only 50% by atom of chromium with an atomic% of only a metal component (including a semimetal), and an upper layer than the a layer. A layer b in which nitrides or carbonitrides having different film thicknesses are alternately laminated, and each layer has a film thickness of 100 nm or less,
The surface of the a layer is polished, and each layer of the b layer contains 50 atomic% or more of chromium by atomic% of only a metal component (including a semimetal), and has corrosion resistance including silicon and / or boron in at least one of them. It is an excellent coated article.

また、前記b層の各層の少なくとも一方は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でシリコンおよび/またはホウ素を3〜30%含むことが好ましい。
また、前記b層の硬度は、3000HV0.025以上であることが好ましい。
また、前記b層の表面粗さは、算術平均粗さRaが0.05μm以下、最大高さRzが1.00μm以下であることが好ましい。
また、前記a層の膜厚は、1.0〜10.0μmであり、かつ、前記b層の膜厚は、1.0〜10.0μmであることが好ましい。
Moreover, it is preferable that at least one of each layer of the said b layer contains 3-30% of silicon and / or boron in atomic% only of a metal component (a semimetal is included).
The b layer preferably has a hardness of 3000HV 0.025 or more.
The surface roughness of the b layer is preferably such that the arithmetic average roughness Ra is 0.05 μm or less and the maximum height Rz is 1.00 μm or less.
Moreover, it is preferable that the film thickness of the said a layer is 1.0-10.0 micrometers, and the film thickness of the said b layer is 1.0-10.0 micrometers.

また、前記物理蒸着法はアークイオンプレーティング法であることが好ましい。
また、前記基材表面は、射出成形用部品または金型の基材表面であることが好ましい。前記射出成型用部品は、スクリューおよび/またはスクリューの先端部品であることが好ましい。
The physical vapor deposition method is preferably an arc ion plating method.
The base material surface is preferably a base material surface of an injection molding part or a mold. The injection molding component is preferably a screw and / or a tip component of the screw.

また本発明は、金属を母材とする物品の基材表面に物理蒸着法によって硬質皮膜を被覆した被覆物品の製造方法であって、
まず、前記基材表面に、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含むクロム系の窒化物または炭窒化物であるa層を被覆し、次に前記a層の表面を研磨し、
更に、表面を研磨した前記a層よりも上層に、各層の膜厚が100nm以下で交互に積層した組成が異なる窒化物または炭窒化物であって、前記各層は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含み、少なくとも一方にシリコンおよび/またはホウ素を含むb層を被覆して、
前記硬質皮膜に前記a層と前記b層が含まれるようにする耐食性に優れた被覆物品の製造方法である。
また、前記b層の被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を変化させることが好ましい。
また、前記b層の被覆前に、前記a層の表面を算術平均粗さRaが0.05μm以下、かつ最大高さRzが1.00μm以下となるように研磨することが好ましい。
また、前記b層の被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を初期と終盤で異ならせることが好ましい。
また、前記b層の被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を10V以上変化させることが好ましい。
Further, the present invention is a method for producing a coated article in which a hard film is coated on a substrate surface of an article having a metal base material by a physical vapor deposition method,
First, the substrate layer is coated with an a layer that is a chromium-based nitride or carbonitride containing 50 atomic% or more of chromium with only atomic percentage of metal components (including metalloid), and then the a layer. Polish the surface of the
Furthermore, it is a nitride or carbonitride having a different composition in which the thickness of each layer is alternately stacked at a thickness of 100 nm or less above the a layer whose surface is polished, each layer including a metal component (including a semimetal) And b) containing 50 atomic% or more of chromium with only atomic% and at least one of silicon and / or boron,
It is a manufacturing method of the coated article excellent in corrosion resistance which makes the hard layer contain the a layer and the b layer.
Moreover, it is preferable to change the negative bias voltage applied to the substrate during the coating period of the b layer.
Further, before the coating of the b layer, it is preferable that the surface of the a layer is polished so that the arithmetic average roughness Ra is 0.05 μm or less and the maximum height Rz is 1.00 μm or less.
Further, it is preferable that the negative bias voltage applied to the base material is made different between the initial stage and the final stage during the coating period of the b layer.
Moreover, it is preferable to change the negative bias voltage applied to the substrate by 10 V or more during the coating period of the b layer.

本発明を採用した被覆部材は、皮膜表面から基材に向けて貫通する欠陥が非常に少なく耐食性に優れる。よって本発明は、腐食摩耗環境に曝される射出成形用部品、工具、金型等に有用である。   The covering member adopting the present invention has very few defects penetrating from the surface of the coating toward the substrate, and is excellent in corrosion resistance. Therefore, the present invention is useful for injection molding parts, tools, molds and the like exposed to corrosive wear environments.

本発明例である試料No.5の破断面組織の、走査電子顕微鏡による反射電子像である。Sample No. which is an example of the present invention. 5 is a reflected electron image of a fractured surface structure of No. 5 by a scanning electron microscope. 本発明例である試料No.5におけるb層の、透過電子顕微鏡による観察写真である。Sample No. which is an example of the present invention. 6 is an observation photograph of the b layer in FIG. 実施例1で行った本発明例の腐食試験の結果を示す、硬質皮膜表面の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the hard film surface which shows the result of the corrosion test of the example of the present invention performed in Example 1. 実施例1で行った本発明例の腐食試験の結果を示す、硬質皮膜表面の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the hard film surface which shows the result of the corrosion test of the example of the present invention performed in Example 1. 実施例1で行った比較例の腐食試験の結果を示す、硬質皮膜表面の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the hard film surface which shows the result of the corrosion test of the comparative example performed in Example 1. FIG. 実施例1で行った従来例の腐食試験の結果を示す、硬質皮膜表面の顕微鏡写真である。2 is a micrograph of the surface of a hard coating film showing the results of a conventional corrosion test performed in Example 1. FIG. 実施例2で行った腐食試験の結果を示す、硬質皮膜表面の顕微鏡写真である。2 is a micrograph of the surface of a hard coating film showing the result of a corrosion test performed in Example 2. 実施例で用いた成膜装置の概略図である。It is the schematic of the film-forming apparatus used in the Example.

本発明者等は、硬質皮膜であるa層のドロップレットやパーティクル等を除去して平滑に研磨することに加え、その上側に特定の積層構造である硬質皮膜のb層を設けることで耐摩耗性と耐食性を同時に向上させることを見出した。更には、耐食性により優れる被覆物品の製造方法も見出し本発明に到達した。   In addition to removing droplets and particles of the a layer that is a hard coating and smooth polishing, the inventors have provided a wear resistance by providing a b layer of a hard coating having a specific laminated structure on the upper side. It has been found that the corrosion resistance and corrosion resistance are improved at the same time. Furthermore, a method for producing a coated article that is superior in corrosion resistance has been found and the present invention has been achieved.

まず、本発明の最も重要な特徴であるb層について説明する。
本発明のb層は、表面が研磨されたa層よりも上層にあり、各層の膜厚が100nm以下で、組成が異なる窒化物または炭窒化物が交互に積層している積層皮膜である。
b層が積層皮膜でなく単層皮膜の場合、膜厚の増加に伴いクロム系の窒化物または炭窒化物の結晶粒界が粗大化し易く、空隙等の欠陥が発生し易い。
一方、結晶粒界が粗大化しないように、組成が異なる窒化物または炭窒化物を交互に積層させることで、単層皮膜の場合と比較して耐食性が著しく向上する。これらの効果を発揮するためには、交互に積層した、各層の膜厚を100nm以下にする。より好ましくは50nm以下である。
また、b層を各層の膜厚を100nm以下で積層皮膜とする場合、単層皮膜に比べて密着強度が向上する傾向にある。
b層を構成する各層は、耐食性により優れる窒化物であることが好ましい。
First, the b layer which is the most important feature of the present invention will be described.
The b layer of the present invention is a laminated film in which nitrides or carbonitrides having different compositions are alternately laminated, with the layer being 100 nm or less in thickness above the a layer whose surface is polished.
When the b layer is not a laminated film but a single layer film, the crystal grain boundary of the chromium nitride or carbonitride tends to be coarsened as the film thickness increases, and defects such as voids are likely to occur.
On the other hand, by alternately laminating nitrides or carbonitrides having different compositions so that the crystal grain boundaries do not become coarse, the corrosion resistance is remarkably improved as compared with the case of a single layer film. In order to exert these effects, the thickness of each layer stacked alternately is set to 100 nm or less. More preferably, it is 50 nm or less.
In addition, when the b layer is formed as a laminated film with a thickness of each layer being 100 nm or less, the adhesion strength tends to be improved as compared with the single layer film.
Each layer constituting the b layer is preferably a nitride that is superior in corrosion resistance.

b層の各層が、耐食性に優れる元素種であるクロムを、金属成分(半金属を含む)のみの原子%で50原子%以上含むことで、優れた耐食性を発揮することができる。より好ましくは、各層のクロム量が70原子%以上である。本発明において、「半金属」とはシリコン、ホウ素のことをいう。   Each layer of the b layer can exhibit excellent corrosion resistance by containing 50 atomic% or more of chromium, which is an element type having excellent corrosion resistance, in atomic% of only the metal component (including metalloid). More preferably, the chromium content in each layer is 70 atomic% or more. In the present invention, “semimetal” refers to silicon and boron.

b層の各層の少なくとも一方は、シリコンおよび/またはホウ素を含むことで、b層の全体が高硬度になることに加えて、組織が微細化されるため、耐食性と耐摩耗性がより向上する。そのため、例えばプラスチックにガラス繊維等の強化物質が添加された場合でも、摩耗に起因する被覆物品の腐食摩耗の防止に著しい効果を発揮する。
耐摩耗性と耐食性をより高いレベルで両立させるためには、積層皮膜の少なくとも一方はシリコンおよび/またはホウ素の添加量が、金属組成(半金属を含む)のみの原子%で3〜30%であることが好ましい。より好ましくは5%以上および/または25%以下である。更には、8%以上および/または20%以下であることが好ましい。
また、b層の上層に、窒化物、炭窒化物、炭化物等からなる皮膜を被覆してもよい。
Since at least one of the layers of the b layer contains silicon and / or boron, the entire b layer has high hardness, and the structure is refined, so that the corrosion resistance and the wear resistance are further improved. . Therefore, even when a reinforcing material such as glass fiber is added to plastic, for example, it exerts a remarkable effect in preventing corrosion wear of the coated article due to wear.
In order to achieve both wear resistance and corrosion resistance at a higher level, at least one of the laminated films has an addition amount of silicon and / or boron of 3 to 30% in atomic% of only the metal composition (including metalloid). Preferably there is. More preferably, it is 5% or more and / or 25% or less. Further, it is preferably 8% or more and / or 20% or less.
Moreover, you may coat | cover the film | membrane which consists of nitride, carbonitride, a carbide | carbonized_material, etc. on b layer.

本発明では、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含むクロム系の窒化物または炭窒化物であるa層を研磨して、ドロップレットやパーティクル等を除去する。a層の表面を研磨することによって、その直上に設ける硬質皮膜によって、a層の表面の微細な凹凸が埋めるように被覆され、基材までの貫通欠陥などが遮断され、耐食性を向上させることができる。そして、表面を研磨したa層よりも上層に、耐食性に優れる特定の積層皮膜からなるb層を設けることで、皮膜の表面側からの腐食進行が著しく抑制され、優れた耐食性を発揮することができる。
なお、b層はa層の直上に設けることにより、皮膜構造がシンプルとなり、製造コストや工数を低減でき好ましい。
In the present invention, the a layer, which is a chromium-based nitride or carbonitride containing 50 atomic% or more of chromium with only atomic percentage of the metal component (including metalloid), is polished to remove droplets and particles. . By polishing the surface of the a layer, the hard film provided immediately above it is coated so as to fill in the fine irregularities on the surface of the a layer, and the penetration defects up to the substrate are blocked, thereby improving the corrosion resistance. it can. And, by providing a b layer made of a specific laminated film having excellent corrosion resistance on the upper layer than the a layer whose surface is polished, the progress of corrosion from the surface side of the film is remarkably suppressed, and excellent corrosion resistance can be exhibited. it can.
The b layer is preferably provided immediately above the a layer, so that the film structure becomes simple and the manufacturing cost and man-hours can be reduced.

b層に加え、基材側に被覆するa層を、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含むクロム系の窒化物または炭窒化物とすることで、優れた耐食性を発揮できる。より好ましくはクロム量が70%以上である。また、a層は耐食性により優れる窒化物であることが好ましい。
a層の平均組成が、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含むのであれば、積層構造であってもよい。
基材とa層の間には、例えば、密着性を確保するための金属、窒化物、炭窒化物等からなる皮膜を設けてもよいが、基材の直上にa層を設けることで、皮膜構造がシンプルとなり、製造コストや工数を低減でき好ましい。
In addition to the b layer, the a layer to be coated on the substrate side is made of chromium nitride or carbonitride containing 50 atomic% or more of chromium by atomic% of only the metal component (including semi-metal), Corrosion resistance can be demonstrated. More preferably, the chromium content is 70% or more. Further, the a layer is preferably a nitride that is superior in corrosion resistance.
As long as the average composition of the a layer contains 50 atomic% or more of chromium by atomic% of only the metal component (including metalloid), a laminated structure may be used.
Between the base material and the a layer, for example, a film made of metal, nitride, carbonitride, etc. for ensuring adhesion may be provided, but by providing an a layer directly on the base material, The film structure is simple, and manufacturing costs and man-hours can be reduced, which is preferable.

a層の表面が研磨されていることは、鏡面加工した皮膜を断面観察することで確認することができる。つまり、a層とb層の界面に平滑な研磨面を確認することができる。そして、a層の表面を研磨することで、本発明のa層とb層の界面は、その界面に存在する長径1μm以上のドロップレットが50μm当たりに2個未満とすることができる。長径が1μm未満のドロップレットおよび長径1μm以上であっても50μmあたり2個程度の存在は耐食性に大きな影響を与えないので好ましい。   The fact that the surface of the a layer is polished can be confirmed by observing a cross section of the mirror-finished film. That is, a smooth polished surface can be confirmed at the interface between the a layer and the b layer. Then, by polishing the surface of the a layer, the interface between the a layer and the b layer of the present invention can have less than 2 droplets having a major axis of 1 μm or more per 50 μm. Even if the major axis is a droplet having a major axis of less than 1 μm and the major axis is 1 μm or more, the presence of about two per 50 μm is preferable because it does not significantly affect the corrosion resistance.

また、b層の硬度は、積層皮膜の組成、成膜期間中に基材に印加する負圧のバイアス電圧等を制御して、3000HV0.025以上とすることで、ガラス繊維などの硬質添加材を含む樹脂材料の成形時にも摩耗が激しく進行するのが抑制され好ましい。 Further, the hardness of the b layer is controlled by controlling the composition of the laminated film, the negative bias voltage applied to the substrate during the film formation period, and the like to be 3000 HV 0.025 or more, thereby adding a hard addition such as glass fiber. It is preferable that the wear progresses severely during the molding of the resin material including the material.

a層の膜厚は、1.0〜10.0μmが好ましく、かつ、b層の膜厚は、1.0〜10.0μmであることが好ましい。これらの膜厚にすることによって耐食性が十分に発揮できる。これよりも薄い場合、優れた耐食性効果が得られ難い。これよりも厚くなると皮膜全体の密着性強度が低下する場合がある。また、a層とb層の膜厚は3.0〜6.0μmであることが好ましい。   The film thickness of the a layer is preferably 1.0 to 10.0 μm, and the film thickness of the b layer is preferably 1.0 to 10.0 μm. By using these film thicknesses, the corrosion resistance can be sufficiently exhibited. If it is thinner than this, it is difficult to obtain an excellent corrosion resistance effect. If it is thicker than this, the adhesive strength of the whole film may be lowered. Moreover, it is preferable that the film thickness of a layer and b layer is 3.0-6.0 micrometers.

本発明は、被覆物品の中でも特に耐食性が要求されるプラスチックやゴムの形成に用いられる射出成形部品(例えば、スクリュー、スクリューヘッド、チェックリング、シールリング、シリンダ―、逆流防止リング、スペーサー、など)および/または金型へ適用することで耐食性が著しく改善されて、寿命が延びるので好ましい。   The present invention is an injection-molded part used for the formation of plastics and rubbers that require particularly corrosion resistance among coated articles (for example, screws, screw heads, check rings, seal rings, cylinders, backflow prevention rings, spacers, etc.) And / or is preferably applied to a mold because the corrosion resistance is remarkably improved and the life is extended.

本発明の硬質皮膜は、物理蒸着法で被覆することで、冷間ダイス鋼、熱間ダイス鋼、高速度鋼等の金属からなる基材の焼き戻し温度より低温で被覆処理が可能となり、基材の寸法の変動を抑制することができる。また、硬質皮膜に圧縮残留応力を付与することができ、硬質皮膜の機械特性も改善できる。
基材は、窒化処理、浸炭処理等といった拡散を利用した表面硬化処理を予め適用してもよい。
The hard coating of the present invention can be coated at a temperature lower than the tempering temperature of a base material made of a metal such as cold die steel, hot die steel, and high speed steel by being coated by physical vapor deposition. Variations in the dimensions of the material can be suppressed. In addition, compressive residual stress can be applied to the hard coating, and the mechanical properties of the hard coating can be improved.
The substrate may be preliminarily applied with a surface hardening process using diffusion such as nitriding or carburizing.

母材の金属材質については、特段に定めるものではなく、例えば上記の通りの、冷間ダイス鋼、熱間ダイス鋼、高速度鋼等および超硬合金が使用できる。これについては、JIS等による規格材種(鋼種)を含め、これらの改良金属種も適用できる。   The metal material of the base material is not particularly defined, and for example, as described above, cold die steel, hot die steel, high speed steel, and cemented carbide can be used. In this regard, these improved metal types can be applied, including standard grades (steel types) according to JIS.

本発明の硬質皮膜は、物理蒸着法の中でもアークイオンプレーティング法で被覆することで、特に皮膜密着性、皮膜密度が高いため好ましい。a層およびb層のそれぞれを、密着性が優れるアークイオンプレーティング法で被覆することが好ましい。   The hard film of the present invention is preferably coated by the arc ion plating method among physical vapor deposition methods, since the film adhesion and the film density are particularly high. Each of the a layer and the b layer is preferably coated by an arc ion plating method having excellent adhesion.

本発明の製造方法で被覆されるa層の表面は、ドロップレットやパーティクルを除去するだけでなく、その皮膜表面を平滑に研磨にすることで耐食性を改善できる。そして、JIS−B−060−2001に定められる表面粗さにおける算術平均粗さRaが0.05μm以下とし、かつ最大高さRzが1.00μm以下になるよう研磨することが、凹凸が少ない極めて平滑な表面状態になるため、耐食性が向上して好ましい。なお、ドロップレットやパーティクル等を確実に除去し平滑な表面状態にするために、次のような研磨方法が好ましい。
(1)ダイヤモンドペースト等の研磨剤を保持した研磨布で硬質皮膜の表面を磨く方法
(2)ダイヤモンド粒子と湿度を持った研磨剤を用い、基材に被覆された皮膜に高速に滑走させて、発生する摩擦力によって磨く、いわゆるエアロラップ(エアロラップは株式会社ヤマシタワークスの登録商標である)等による研磨方法
(3)エアーを使用せずに弾性と粘着性を持った研磨剤を噴射することで磨く、いわゆるスマップ(SMAP)(「スマップ」は、合資会社亀井鉄工所の鏡面ショットマシンである)等による研磨方法
さらに、これらの処理後に3μm以下のダイヤモンドペースト磨きをすることで、より好ましい平滑化が実現できる。
また、b層の表面粗さは、算術平均粗さRaが0.05μm以下、最大高さRzが1.00μm以下であることが好ましい。
The surface of the layer a coated with the production method of the present invention can not only remove droplets and particles, but also improve the corrosion resistance by smooth polishing the surface of the film. Then, the arithmetic average roughness Ra of the surface roughness as defined in JIS-B-060 1 -2001 is a 0.05μm or less, and the maximum height Rz is polished so as to be below 1.00μm is less uneven Since the surface state is extremely smooth, the corrosion resistance is improved, which is preferable. In order to surely remove droplets, particles and the like and to obtain a smooth surface state, the following polishing method is preferable.
(1) A method of polishing the surface of a hard film with an abrasive cloth holding a polishing agent such as diamond paste (2) Using a polishing agent having diamond particles and humidity, and sliding at a high speed on a film coated on a substrate. Polishing by the generated friction force, so-called aero lapping (Aero lapping is a registered trademark of Yamashita Towers Co., Ltd.) etc. (3) Injecting an abrasive with elasticity and adhesion without using air Polishing method by so-called smap (SMAP) ("Smap" is a specular shot machine of Kamei Ironworks, Inc.) etc. Further, it is more preferable to polish diamond paste of 3 μm or less after these treatments Smoothing can be realized.
The surface roughness of the layer b is preferably such that the arithmetic average roughness Ra is 0.05 μm or less and the maximum height Rz is 1.00 μm or less.

b層の被覆期間中には、基材に印加する負圧のバイアス電圧を変化させることが好ましい。
被覆期間中に基材に印加する負圧のバイアス電圧が低いと粒子層が相対的に微細に、負圧のバイアス電圧が高いと粒子層が相対的に粗大となり易い傾向にある。また、バイアス電圧を変化させることで粒径等の形状だけでなく結晶方位も変化する。
そのため、被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を変化させることで、途中研磨をしても少なからず存在する皮膜内部から表面へと連続するドロップレットやパーティクルに起因したボイドやポア、ピンホール状の隙間欠陥が途中で遮断されて、腐食進行が基材内部まで到達せず耐食性に優れる被覆物品になると考えられる。
よって、積層皮膜とし結晶粒界の粗大化を抑制して空隙等の発生を抑制しているb層の被覆期間中に、更に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を変化させることで、耐食性を著しく向上させることができる。
During the coating period of the b layer, it is preferable to change the negative bias voltage applied to the substrate.
When the negative bias voltage applied to the substrate during the coating period is low, the particle layer tends to be relatively fine, and when the negative bias voltage is high, the particle layer tends to be relatively coarse. Further, by changing the bias voltage, not only the shape such as the grain size but also the crystal orientation changes.
Therefore, by changing the negative bias voltage applied to the substrate during the coating period, there are not a few voids caused by droplets and particles that continue from the inside of the coating to the surface even if polishing is performed on the way. It is considered that pores and pinhole-like gap defects are blocked in the middle, and the progress of corrosion does not reach the inside of the base material, resulting in a coated article having excellent corrosion resistance.
Therefore, by changing the negative bias voltage applied to the substrate during the coating period of the b layer that suppresses the coarsening of the crystal grain boundaries and suppresses the generation of voids and the like as the laminated film, Corrosion resistance can be remarkably improved.

b層の被覆期間中に、初期と終盤でのバイアス電圧を異ならせることで、皮膜途中で腐食経路が遮断され易く好ましい。
バイアス電圧の変化が少ない場合は、耐食性を向上させる効果が十分に得られない場合がある。そのため、耐食性をより向上させるには、b層の被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を10V以上変化させることが好ましい。より好ましくは30V以上である。さらに、50V以上である。
より好ましくは、b層の被覆期間中に、初期と終盤で、基材に印加する負圧のバイアス電圧を10V以上変化させることが好ましい。より好ましくは30V以上である。さらに、50V以上である。
a層とb層は、基材に印加する負圧のバイアス電圧を−50〜−200Vの範囲で被覆することが好ましい。
During the coating period of the b layer, it is preferable that the bias voltage at the initial stage and the end stage are made different so that the corrosion path is easily cut off during the coating.
If the change in the bias voltage is small, the effect of improving the corrosion resistance may not be sufficiently obtained. Therefore, in order to further improve the corrosion resistance, it is preferable to change the negative bias voltage applied to the base material by 10 V or more during the coating period of the b layer. More preferably, it is 30 V or more. Furthermore, it is 50V or more.
More preferably, the negative bias voltage applied to the substrate is changed by 10 V or more in the initial and final stages during the coating period of the layer b. More preferably, it is 30 V or more. Furthermore, it is 50V or more.
The a layer and the b layer preferably cover a negative bias voltage applied to the substrate in the range of −50 to −200V.

硬質皮膜の被覆手段には、アークイオンプレーティング装置を用いた。成膜装置の概略図を図8に示す。成膜チャンバー2中には、各種のターゲット(カソード)1を装着する複数のアーク放電式蒸発源3、4、5と、基材7を搭載するための基材ホルダー6を有する。基材ホルダー6の下には回転機構8があり、基材7は基材ホルダー6を介して、自転かつ公転する。そして、基材7が各種のターゲットに対峙したときに、該ターゲットによる皮膜が被覆される。なお、本実施例で使用したターゲットは、粉末冶金法で作製した金属ターゲットである。   An arc ion plating apparatus was used as the means for coating the hard film. A schematic diagram of the film forming apparatus is shown in FIG. The film forming chamber 2 includes a plurality of arc discharge evaporation sources 3, 4, and 5 for mounting various targets (cathodes) 1, and a substrate holder 6 for mounting the substrate 7. A rotation mechanism 8 is provided below the substrate holder 6, and the substrate 7 rotates and revolves through the substrate holder 6. And when the base material 7 opposes various targets, the film | membrane by this target is coat | covered. Note that the target used in this example is a metal target produced by a powder metallurgy method.

蒸発源3〜5には、硬質皮膜の金属または合金成分を構成するターゲットと、金属イオンエッチング用のターゲットを装着した。基材には57〜60HRCに調質したJIS−SKD11改良鋼材を用い、基材に硬質皮膜を被覆する前には、基材の表面を算術平均粗さRaが0.01μm、Rzが0.07μmに研磨した。表面研磨した基材を脱脂洗浄して、基材ホルダー7に固定した。そして、チャンバー2に設置された図示しない加熱用ヒーターにより、基材を450℃付近に加熱し、50分間保持した。次に、Arガスを導入し、基材には−200V〜500Vのバイアス電圧を印加して、20分間のプラズマクリーニング処理(Arイオンエッチング)を行った。
続いて、基材には−800Vのバイアス電圧を印加して、金属Tiターゲットを用いて金属イオンエッチングを約5分間行った(金属イオンエッチング後の冷却を含む)。以下、各試料の被覆条件の詳細を説明する。
The evaporation sources 3 to 5 were equipped with a target constituting the metal or alloy component of the hard coating and a target for metal ion etching. JIS-SKD11 modified steel tempered to 57-60 HRC is used as the base material, and before the base material is coated with a hard coating, the surface of the base material has an arithmetic average roughness Ra of 0.01 μm and Rz of 0. Polished to 07 μm. The substrate whose surface was polished was degreased and washed and fixed to the substrate holder 7. And the base material was heated to 450 degreeC vicinity with the heater for heating (not shown) installed in the chamber 2, and it hold | maintained for 50 minutes. Next, Ar gas was introduced, a bias voltage of −200 V to 500 V was applied to the substrate, and a 20 minute plasma cleaning process (Ar ion etching) was performed.
Subsequently, a bias voltage of −800 V was applied to the substrate, and metal ion etching was performed for about 5 minutes using a metal Ti target (including cooling after metal ion etching). Details of the coating conditions for each sample will be described below.

<試料No.1〜7、11>
基材のイオンエッチング後、窒素ガスを導入し、基材には−130Vのバイアス電圧を印加して、基材温度450℃、反応ガス圧力3.0Paの条件で、約3.0〜5.0μmの膜厚になるようCrNであるa層を被覆した。
その後、CrNの表面を平滑に研磨するため、基材をチャンバーから取り出して、ヤマシタワークス社製エアロラップ装置(AERO LAP YT-300)を使用して表面処理を行った。さらにその後、1μmのダイヤモンドペーストにてポリッシング研磨し、続いて、合資会社亀井鉄工所製鏡面ショットマシンSMAP-II型を使用して、算術平均粗さRaが0.05μm以下、かつ最大高さRzが1.00μm以下となるように研磨した。
<Sample No. 1-7, 11>
After ion etching of the substrate, nitrogen gas is introduced, a bias voltage of −130 V is applied to the substrate, and the substrate temperature is 450 ° C. and the reaction gas pressure is 3.0 Pa. The a layer made of CrN was coated so as to have a thickness of 0 μm.
Then, in order to grind | polish the surface of CrN smoothly, the base material was taken out from the chamber and surface treatment was performed using the Yamato towers company aero lapping apparatus (AERO LAP YT-300). Further polishing is then performed with a 1 μm diamond paste, followed by a mirror surface shot machine SMAP-II manufactured by Kamei Iron Works, with an arithmetic average roughness Ra of 0.05 μm or less and a maximum height Rz. Was polished to be 1.00 μm or less.

そして、脱脂洗浄を行った後には、再びチャンバー内に戻した。まず、Arイオンエッチングおよび金属Tiエッチングを行い、窒素ガスを導入した。
続いて、2種類のターゲットに150Aの電流を投入し、基材には−130Vのバイアス電圧を印加して、基材温度が450℃、反応ガス圧力が3.0Paの条件で、5分間被覆した。その後、5分間かけて、−130Vから−90Vになるようにバイアス電圧を変え、最後に−90Vで15分間被覆して約3.0〜4.0μmのクロム系窒化物の積層皮膜を被覆した。被覆期間中の基材の回転速度は6rpmとした。
And after degreasing washing, it returned in the chamber again. First, Ar ion etching and metal Ti etching were performed, and nitrogen gas was introduced.
Subsequently, 150 A of current was applied to the two types of targets, a bias voltage of -130 V was applied to the base material, and the base material temperature was 450 ° C. and the reaction gas pressure was 3.0 Pa. did. Then, over 5 minutes, the bias voltage was changed from -130 V to -90 V, and finally, coating was performed at -90 V for 15 minutes to coat a laminated film of chromium-based nitride of about 3.0 to 4.0 μm. . The rotation speed of the substrate during the coating period was 6 rpm.

<試料No.8〜10、12〜17>
本発明例である試料No.8〜10、比較例である試料No.12〜17は、a層の被覆前までの工程は本発明例である試料No.1〜7、比較例である試料No11と同じとした。その後、基材に−130Vのバイアス電圧を一定にして、基材温度450℃、反応ガス圧力3.0Paの条件で、単層皮膜を約3.0〜5.0μm被覆した。
<Sample No. 8-10, 12-17>
Sample No. which is an example of the present invention. 8 to 10, Sample No. as a comparative example. Nos. 12 to 17 are sample Nos. That are the examples of the present invention before the coating of the a layer. 1 to 7 and the same as Sample No. 11 as a comparative example. Thereafter, the substrate was coated with a monolayer film of about 3.0 to 5.0 μm under the conditions of a substrate temperature of 450 ° C. and a reaction gas pressure of 3.0 Pa with a constant bias voltage of −130 V.

<試料No.18〜20>
従来例である試料No.18〜20は、バイアス電圧を−120Vと一定として単層皮膜を約6.0〜7.0μm被覆した。
<Sample No. 18-20>
Sample No. which is a conventional example. In 18-20, the bias voltage was kept constant at -120 V, and the monolayer film was coated at about 6.0-7.0 μm.

<試料No.21>
従来例である試料No.21は、バイアス電圧を−120Vと一定とし、途中研磨せず、同一炉内で連続して2種の硬質皮膜をそれぞれ約3.0〜4.0μm被覆した。
<Sample No. 21>
Sample No. which is a conventional example. In No. 21, the bias voltage was kept constant at -120 V, and polishing was not performed halfway, and two types of hard coatings were successively coated in the same furnace at about 3.0 to 4.0 μm.

全ての試料に対して、各試料の最表面をエアロラップ、ダイヤモンドペースト磨き、合資会社亀井鉄工所製鏡面ショットマシンSMAP-II型使用を使用した表面処理を実施して、算術平均粗さRaが0.05μm以下、かつ最大高さRzが1.00μm以下になるよう研磨した。   For all samples, the surface of each sample was aero-wrapped, diamond paste polished, surface treatment using a mirror shot machine SMAP-II manufactured by Kamei Iron Works, and arithmetic average roughness Ra was Polishing was performed so that the maximum height Rz was 0.05 μm or less and the maximum height Rz was 1.00 μm or less.

これらの試料について、その硬質皮膜の表面粗さ測定、硬度、スクラッチ試験、組織観察、耐食性の評価を行った。各評価試験方法を以下に示す。   These samples were subjected to surface roughness measurement, hardness, scratch test, structure observation, and corrosion resistance evaluation of the hard coating. Each evaluation test method is shown below.

(表面粗さ測定)
JIS−B−060−2001に従って、粗さ曲線より算術平均粗さRaと最大高さRzを測定した。測定条件は、評価長さ:4.0mm、測定速度:0.3mm/s、カットオフ値:0.8mmである。硬質皮膜の面粗さ測定結果は表1示す。
(Surface roughness measurement)
According JIS-B-060 1 -2001, it was measured arithmetic mean roughness Ra and maximum height Rz than the roughness curve. The measurement conditions are an evaluation length: 4.0 mm, a measurement speed: 0.3 mm / s, and a cut-off value: 0.8 mm. Table 1 shows the measurement results of the surface roughness of the hard coating.

(皮膜硬度測定)
皮膜のビッカース硬度はJIS−Z−2244に従って、マイクロビッカース試験機により皮膜表面の硬さHV0.025を測定した。試験荷重は0.2452Nである。硬質皮膜の硬度測定結果は表1示す。
(Film hardness measurement)
As for the Vickers hardness of the film, the hardness HV 0.025 of the film surface was measured by a micro Vickers tester according to JIS-Z-2244. The test load is 0.2452N. The hardness measurement results of the hard coating are shown in Table 1.

(スクラッチ試験)
皮膜の密着性を評価するために、CSM社製スクラッチ試験機(REVETEST)を用い、皮膜の剥離荷重を測定した。
測定条件は、測定荷重:0.9〜120N、荷重スピード:99.25N/min、スクラッチスピード:10mm/min、スクラッチ距離:12mm、AE感度:5、圧子:ロックウェル、ダイヤモンド、先端半径:200μm、ハードウェア設定:Fnコンタクト0.9N、Fnスピード:5N/s、Fn除去スピード :10N/s、アプローチスピード:2%/sとした。
皮膜の剥離荷重は、初期チッピング発生荷重をA荷重とし、硬質皮膜が基材から全て剥がれた時の荷重をB荷重とした。測定結果を表2に示す。
(Scratch test)
In order to evaluate the adhesion of the film, the peeling load of the film was measured using a scratch tester (REVETEST) manufactured by CSM.
The measurement conditions were: measurement load: 0.9 to 120 N, load speed: 99.25 N / min, scratch speed: 10 mm / min, scratch distance: 12 mm, AE sensitivity: 5, indenter: Rockwell, diamond, tip radius: 200 μm Hardware setting: Fn contact 0.9 N, Fn speed: 5 N / s, Fn removal speed: 10 N / s, approach speed: 2% / s.
As for the peeling load of the film, the initial chipping generation load was A load, and the load when the hard film was completely peeled from the base material was B load. The measurement results are shown in Table 2.

(耐食性評価試験)
実際の射出成形中に発生するハロゲンガスなどの腐食ガスを模擬して、試料を10%硫酸水溶液中に10時間浸漬する試験を実施した。
水溶液の温度は50℃とし、JIS−G−0591−2007に従って、試験片の被覆された面以外はマスキングした。そして、浸漬後には、その腐食による減量を記録するとともに、表面に現れる孔食(ピット)の観察を行った。試験面に対する腐食の面積率は、顕微鏡写真(倍率:8倍)にて評価した。
孔食数の測定は、その顕微鏡写真に現れる孔食(ピット)のうち、0.8mm以上のものをAクラス、0.2〜0.8mm未満のものをBクラスとして、それぞれのサイズの孔食数を測定した。
また、耐食性の判断は、以下の通りとした。
◎:孔食が認められなかったもの
○:面積率1%以下の孔食が認められたもの
△:面積率1超〜10%の孔食が認められたもの
×:面積率10%超の孔食が認められたもの
表2に試験結果を示す。
(Corrosion resistance evaluation test)
A test was conducted in which a sample was immersed in a 10% aqueous sulfuric acid solution for 10 hours, simulating a corrosive gas such as a halogen gas generated during actual injection molding.
The temperature of the aqueous solution was 50 ° C., and masking was performed except for the coated surface of the test piece according to JIS-G-0591-2007. After immersion, the weight loss due to the corrosion was recorded, and pitting corrosion (pits) appearing on the surface was observed. The area ratio of corrosion on the test surface was evaluated by a micrograph (magnification: 8 times).
The number of pitting corrosion is determined by classifying the pitting corrosion (pits) appearing in the micrograph as a class A with a diameter of 0.8 mm or more and a class B with a size less than 0.2 to 0.8 mm. The number of meals was measured.
Moreover, the corrosion resistance was determined as follows.
◎: No pitting corrosion was observed. ○: Pitting corrosion with an area ratio of 1% or less was observed. Δ: Pitting corrosion with an area ratio exceeding 1 to 10% was observed. X: Area ratio exceeding 10%. Table 2 shows the test results.

耐食性評価試験後の皮膜表面を図3〜6に示す(図中において、球状に確認される薄色部が孔食である)。   The surface of the film after the corrosion resistance evaluation test is shown in FIGS. 3 to 6 (in the figure, the light-colored portion confirmed to be spherical is pitting corrosion).

本発明例の試料No.1〜7は、孔食が確認されず優れた耐食性を示した。また、皮膜硬度および密着性にも優れるものであった。
図1に本発明例の試料No.5の断面観察写真を示す。a層とb層の間に、平滑な研磨面が観察され、皮膜表面からの貫通欠陥は確認されなかった。また、交互に積層したb層は、単層皮膜のa層とは異なり、明確な結晶粒界が確認されなかった。
図2に試料No.5におけるb層の透過電子顕微鏡による観察写真を示す。相対的に明るい層が、CrSiBNであり、相対的に暗い層がCrNである。各層の膜厚が100nm以下で交互に積層していることが確認された。本発明の試料は何れも試料No.5と同様の組織形態であった。
Sample No. of the present invention example. In Nos. 1 to 7, pitting corrosion was not confirmed and excellent corrosion resistance was shown. Moreover, it was excellent also in film hardness and adhesiveness.
In FIG. 5 shows a cross-sectional observation photograph. A smooth polished surface was observed between the a layer and the b layer, and no penetration defect from the coating surface was confirmed. Moreover, the b layer laminated | stacked alternately was different from the a layer of a single layer membrane | film | coat, and the clear crystal grain boundary was not confirmed.
In FIG. The observation photograph by the transmission electron microscope of b layer in 5 is shown. The relatively bright layer is CrSiBN and the relatively dark layer is CrN. It was confirmed that the thickness of each layer was alternately stacked with a thickness of 100 nm or less. All of the samples of the present invention have the sample No. 5 was the same tissue form.

本発明例である試料No.2、4、5、8〜10を、ハロゲンガスなどの腐食ガスを模擬して、試料を10%硫酸水溶液中に40時間浸漬する試験を実施した。評価方法は実施例1と同様である。試験結果を表3、図7に示す。
b層の被覆期間中に基材に印加する負圧のバイアス電圧を変化させることで、長時間の腐食評価試験でも、孔食が確認されず優れた耐食性を示すことが確認された。
Sample No. which is an example of the present invention. 2, 4, 5, and 8-10 were simulated by immersing the sample in a 10% sulfuric acid aqueous solution for 40 hours while simulating a corrosive gas such as a halogen gas. The evaluation method is the same as in Example 1. The test results are shown in Table 3 and FIG.
It was confirmed that by changing the negative bias voltage applied to the substrate during the coating period of the layer b, no pitting corrosion was confirmed even in a long-time corrosion evaluation test, and excellent corrosion resistance was exhibited.

本発明は、プラスチックやゴムを成形する金型や工具、射出成形用部品の他には、MIM(メタルインジェクションモールディング)用金型や、そして各種の機械部品にも適用することができる。   The present invention can be applied to MIM (metal injection molding) molds and various machine parts in addition to molds and tools for molding plastics and rubber, and injection molding parts.

1、ターゲット
2、成膜チャンバー
3、蒸発源
4、蒸発源
5、蒸発源
6、基材ホルダー
7、基材
8、回転機構
1, target 2, film formation chamber 3, evaporation source 4, evaporation source 5, evaporation source 6, base material holder 7, base material 8, rotation mechanism

Claims (13)

金属を母材とする物品の基材表面に硬質皮膜被覆された被覆物品であって、
前記硬質皮膜は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含むクロム系の窒化物または炭窒化物であるa層と、該a層よりも上層に被覆された、各層の膜厚が100nm以下で、組成が異なる窒化物または炭窒化物が交互に積層されたb層と、を含み、
前記a層とb層との界面に存在する長径1μm以上のドロップレットが断面観察における界面で50μmあたり2個未満であり、前記b層の各層は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含み、少なくとも一方にシリコンおよび/またはホウ素を含むことを特徴とする耐食性に優れた被覆物品。
Metal A coated article hard substance coating on the substrate surface of the article to the base material is coated,
The hard film was coated with a layer which is a chromium-based nitride or carbonitride containing only 50% by atom of chromium with an atomic% of only a metal component (including a semimetal), and an upper layer than the a layer. A layer b in which nitrides or carbonitrides each having a thickness of 100 nm or less and a different composition are alternately laminated,
The are two fewer than der per 50μm at the interface in the major axis 1μm or more droplets sectional observation at the interface between a layer and the b layer, each layer of the b layer is a metal component (including semimetal) only A coated article excellent in corrosion resistance, characterized by containing 50 atomic% or more of chromium by atomic% and at least one of silicon and / or boron.
前記b層の各層の少なくとも一方は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でシリコンおよび/またはホウ素を3〜30%含むことを特徴とする請求項1に記載の耐食性に優れた被覆物品。 2. The coating with excellent corrosion resistance according to claim 1, wherein at least one of the layers of the b layer contains 3 to 30% of silicon and / or boron in an atomic% of only a metal component (including a semimetal). Goods. 前記b層の硬度は、3000HV0.025以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の耐食性に優れた被覆物品。 The coated article having excellent corrosion resistance according to claim 1 or 2, wherein the hardness of the b layer is 3000HV 0.025 or more. 前記b層の表面粗さは、算術平均粗さRaが0.05μm以下、最大高さRzが1.00μm以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の耐食性に優れた被覆物品。 The surface roughness of the b layer is excellent in corrosion resistance according to any one of claims 1 to 3, wherein the arithmetic average roughness Ra is 0.05 µm or less and the maximum height Rz is 1.00 µm or less. Coated articles. 前記a層の膜厚は、1.0〜10.0μmであり、かつ、前記b層の膜厚は、1.0〜10.0μmであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の耐食性に優れた被覆物品。 5. The film thickness of the a layer is 1.0 to 10.0 μm, and the film thickness of the b layer is 1.0 to 10.0 μm. A coated article having excellent corrosion resistance as described in 1. 前記基材表面は、射出成形用部品または金型の基材表面であることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の耐食性に優れた被覆物品。 The coated article with excellent corrosion resistance according to any one of claims 1 to 5 , wherein the base material surface is a base material surface of an injection molding part or a mold. 前記射出成型用部品は、スクリューおよび/またはスクリューの先端部品であることを特徴とする請求項に記載の耐食性に優れた被覆物品。 The coated article having excellent corrosion resistance according to claim 6 , wherein the injection molding component is a screw and / or a tip component of the screw. 金属を母材とする物品の基材表面に物理蒸着法によって硬質皮膜を被覆した被覆物品の製造方法であって、
まず、前記基材表面に、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含むクロム系の窒化物または炭窒化物であるa層を被覆し、次に前記a層の表面を研磨し、
更に、表面を研磨した前記a層よりも上層に、各層の膜厚が100nm以下で交互に積層した組成が異なる窒化物または炭窒化物であって、前記各層は、金属成分(半金属を含む)のみの原子%でクロムを50原子%以上含み、少なくとも一方にシリコンおよび/またはホウ素を含むb層を被覆して、
前記硬質皮膜に前記a層と前記b層が含まれるようにすることを特徴とする耐食性に優れた被覆物品の製造方法。
A method of manufacturing a coated article in which a hard film is coated by a physical vapor deposition method on the surface of a base material of a metal-based article,
First, the substrate layer is coated with an a layer that is a chromium-based nitride or carbonitride containing 50 atomic% or more of chromium with only atomic percentage of metal components (including metalloid), and then the a layer. Polish the surface of the
Furthermore, it is a nitride or carbonitride having a different composition in which the thickness of each layer is alternately stacked at a thickness of 100 nm or less above the a layer whose surface is polished, each layer including a metal component (including a semimetal) And b) containing 50 atomic% or more of chromium with only atomic% and at least one of silicon and / or boron,
A method for producing a coated article having excellent corrosion resistance, wherein the hard film includes the a layer and the b layer.
前記b層の被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を変化させること特徴とする請求項に記載の耐食性に優れた被覆物品の製造方法。 The method for producing a coated article having excellent corrosion resistance according to claim 8 , wherein a negative bias voltage applied to the substrate is changed during the coating period of the b layer. 前記b層の被覆前に、前記a層の表面を算術平均粗さRaが0.05μm以下、かつ最大高さRzが1.00μm以下となるように研磨することを特徴とする請求項またはに記載の被覆物品の製造方法。 Prior to coating of the b layer, according to claim 8 wherein the arithmetic average roughness Ra of the surface of a layer is 0.05μm or less and the maximum height Rz is characterized by polishing so that less 1.00μm or 10. A method for producing a coated article according to 9 . 前記b層の被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を初期と終盤で異ならせること特徴とする請求項ないし1のいずれかに記載の耐食性に優れた被覆物品の製造方法。 During the coating period of the b layer, the production of superior coated article in corrosion resistance according to any one of claims 8 to 1 0, characterized by varying the bias voltage of the negative pressure applied to the substrate in the initial and late Method. 前記b層の被覆期間中に、基材に印加する負圧のバイアス電圧を10V以上変化させることを特徴とする請求項ないし1のいずれかに記載の耐食性に優れた被覆物品の製造方法。 The method for producing a coated article having excellent corrosion resistance according to any one of claims 8 to 11, wherein a negative bias voltage applied to the substrate is changed by 10 V or more during the coating period of the b layer. . 前記物理蒸着法は、アークイオンプレーティング法であることを特徴とする請求項8ないし12のいずれかに記載の耐食性に優れた被覆物品の製造方法。The method of manufacturing a coated article having excellent corrosion resistance according to any one of claims 8 to 12, wherein the physical vapor deposition method is an arc ion plating method.
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