JPH07138736A - Member for working and its production - Google Patents

Member for working and its production

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Publication number
JPH07138736A
JPH07138736A JP29062493A JP29062493A JPH07138736A JP H07138736 A JPH07138736 A JP H07138736A JP 29062493 A JP29062493 A JP 29062493A JP 29062493 A JP29062493 A JP 29062493A JP H07138736 A JPH07138736 A JP H07138736A
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JP
Japan
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coating layer
base material
layer
composition layer
cutting edge
Prior art date
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Pending
Application number
JP29062493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomokazu Yoshida
云一 吉田
Minoru Kobayashi
小林  実
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP29062493A priority Critical patent/JPH07138736A/en
Publication of JPH07138736A publication Critical patent/JPH07138736A/en
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  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce a member for working in which the generation of peeling of a wear resistant film layer formed on the surface of a substrate is effectively prevented to prolong its service life and to provide a method for producing the same. CONSTITUTION:A primary gradient compsn. layer 3 and a secondary gradient compsn. layer 4 are formed on the space between a substrate 1 and a film layer 2. The primary gradient compsn. layer 3 contains at least one element among constituting elements of the film layer 2 and the constituting elements of the substrate 1, and the secondary gradient compsn. layer 4 contains all constituting elements of the film layer 2 and the constituting elements of the substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、加工部材およびその
製造方法に関し、特に、被加工材料に対して打抜き加工
や塑性加工を行なう際にまたは成形加工を行なうときに
用いる金型および工具に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machined member and a method for manufacturing the same, and more particularly to a die and a tool used when punching or plastic working a material to be machined or when forming. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、金型や工具の耐摩耗被膜を形成す
る方法としてイオンプレーティング法が知られている。
図9は、文献−金属表面技術(第30巻第5号、197
9年)pp232〜240に開示されたイオンプレーテ
ィング法を説明するための概略図である。図10は、イ
オンプレーティング法により被膜が形成された金型の基
材表面近傍の材料構成を示した断面図である。まず図9
を参照して、真空槽105には、ガス導入口108と排
気系124とが設けられている。真空槽105内には、
基板ホルダ106が設置されており、その基板ホルダ1
06の下面に基材101が取り付けられている。また、
真空槽105内には高周波コイル125が設置されてお
り、高周波コイル125にはコイル印加電源126が接
続されている。高周波コイル125の下方には蒸発用フ
ィラメント127が設置されており、蒸発用フィラメン
ト127にはフィラメント印加電源128が接続されて
いる。蒸発用フィラメント127には蒸発材料112が
取り付けられている。また、基板ホルダ106には加速
用直流電源123が接続されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ion plating method has been known as a method for forming a wear resistant film on a mold or a tool.
FIG. 9 is a document-Metal surface technology (Vol. 30, No. 5, 197).
9) is a schematic diagram for explaining the ion plating method disclosed in pp232-240. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a material structure in the vicinity of the surface of a base material of a mold on which a coating is formed by the ion plating method. First, FIG.
Referring to, the vacuum chamber 105 is provided with a gas inlet 108 and an exhaust system 124. In the vacuum chamber 105,
The substrate holder 106 is installed, and the substrate holder 1
The base material 101 is attached to the lower surface of 06. Also,
A high frequency coil 125 is installed in the vacuum chamber 105, and a coil application power source 126 is connected to the high frequency coil 125. An evaporation filament 127 is installed below the high frequency coil 125, and a filament application power source 128 is connected to the evaporation filament 127. The evaporation material 112 is attached to the evaporation filament 127. Further, a DC power source 123 for acceleration is connected to the substrate holder 106.

【0003】次に、図9を参照して、従来の耐摩耗被膜
が形成された金型または工具の製造方法について説明す
る。まず、真空槽105内を排気系124を用いて真空
にする。その後、ガス導入口108からたとえば窒素ガ
スを導入する。コイル印加電源126により高周波コイ
ル125と基材101との間で高周波放電を生じさせる
ことにより高周波電界を発生させる。このとき、フィラ
メント印加電源128より蒸発用フィラメント127へ
通電する。これにより、たとえばチタンからなる蒸着材
料112を加熱および蒸発させる。この蒸発チタン粒子
が高周波電界へ入り、その一部がイオン化または励起さ
れた窒素粒子や電子と衝突してイオン化されるととも
に、窒素粒子と反応してTiN粒子となる。このTiN
粒子が基材101の負電位により加速され、基材1表面
に付着する。これにより、基材101の表面に図10に
示すような被膜層102が形成される。図10を参照し
て、従来の方法によって基材101上に被膜層102を
形成すると、基材101と被膜層102との境界面に拡
散層122が形成される。この拡散層122は、主とし
て熱的作用により発生し、ごく薄い厚みを有している。
Next, with reference to FIG. 9, a conventional method for manufacturing a mold or tool having an abrasion resistant coating formed thereon will be described. First, the vacuum chamber 105 is evacuated using the exhaust system 124. Then, for example, nitrogen gas is introduced from the gas inlet 108. A high frequency electric field is generated by generating a high frequency discharge between the high frequency coil 125 and the base material 101 by the coil application power source 126. At this time, the filament applying power source 128 energizes the evaporation filament 127. Thereby, the vapor deposition material 112 made of, for example, titanium is heated and evaporated. The vaporized titanium particles enter a high frequency electric field, and a part thereof collides with ionized or excited nitrogen particles or electrons to be ionized, and reacts with the nitrogen particles to become TiN particles. This TiN
The particles are accelerated by the negative potential of the base material 101 and adhere to the surface of the base material 1. As a result, the coating layer 102 as shown in FIG. 10 is formed on the surface of the base material 101. Referring to FIG. 10, when the coating layer 102 is formed on the base material 101 by the conventional method, the diffusion layer 122 is formed on the boundary surface between the base material 101 and the coating layer 102. This diffusion layer 122 is generated mainly by thermal action and has an extremely thin thickness.

【0004】図11は、文献−新プレス加工ハンドブッ
ク(日刊工業新聞社、1993年)p2に記載された従
来の打抜き加工用パンチを示した断面図である。図11
を参照して、パンチ129は、切刃側面120と工具面
119と切刃エッジ部118とを有している。また、パ
ンチ129の切刃側面120と所定の間隔を隔てた位置
にその側面が位置するようにダイ130が設置されてい
る。ダイ130の上部表面上には被加工材料131が載
置されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional punching punch described in a new press working handbook (Nikkan Kogyo Shimbun, 1993) p2. Figure 11
Referring to, the punch 129 has a cutting edge side surface 120, a tool surface 119, and a cutting edge edge portion 118. Further, the die 130 is installed such that the side surface of the punch 129 is located at a predetermined distance from the side surface 120 of the cutting edge. A material 131 to be processed is placed on the upper surface of the die 130.

【0005】パンチ129およびダイ130の基材とし
ては、プレス加工に用いる際の耐久性と所望形状への加
工性を考慮して、できるだけ硬い硬度と靭性を併せ持つ
鉄鋼材や超硬合金が一般に用いられる。パンチ129の
製造方法としては、切削や研削などの機械加工または放
電加工により所望の形状を有する工具面119および切
刃側面120を形成する。その結果、切刃エッジ部11
8も形成される。なお、従来のパンチ129およびダイ
130では、長寿命化を図るためにその表面に耐摩耗被
膜を形成する場合もあった。
As a base material for the punch 129 and the die 130, in consideration of durability when used in press working and workability into a desired shape, a steel material or cemented carbide having hardness and hardness as hard as possible is generally used. To be As the method of manufacturing the punch 129, the tool surface 119 and the cutting edge side surface 120 having a desired shape are formed by machining such as cutting or grinding or electric discharge machining. As a result, the cutting edge portion 11
8 is also formed. In the conventional punch 129 and die 130, a wear resistant coating may be formed on the surface of the punch 129 and the die 130 in order to prolong the service life.

【0006】図12は、従来の放電加工を施した金属の
加工表面近傍の構造を示した断面図である。図12を参
照して、金属からなる基材101の表面を放電加工する
と、基材101の表面には加工変質層133が形成され
る。さらに、その加工変質層133上には溶融再付着層
132が形成される。ここで、放電加工とは、水や油な
どの液体中において5〜100μmのごく僅かな距離だ
け隔てて対向された放電電極と基材101との間で、1
-7〜10-3秒の短時間のアーク放電を繰返すことによ
って行なう加工である。すなわち、放電電極と基材10
1との放電ギャップ間のごく狭い面積部分において10
5 〜108 W/cm2 もの電力密度に達する電気エネル
ギを導入する。これにより、瞬間的に基材101の表面
を溶融し蒸発させる。この溶融および蒸発を繰返し行な
う。このように、放電加工は主として熱的加工により進
行する。このため、基材101の加工表面には、溶融し
た基材101の材料や、基材101の構成元素と液体の
構成元素との反応生成物が付着して凝固した溶融再付着
層132が形成される。さらに、溶融再付着層132と
基材101との間には、加工中の熱応力や電界作用によ
り発生した微小クラックを含有する加工変質層133が
形成される。従来の放電加工を施した金属の加工表面に
耐摩耗被膜を形成する場合には、溶融再付着層132上
に耐摩耗被膜が形成されていた。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure in the vicinity of the machined surface of a conventional electric discharge machined metal. Referring to FIG. 12, when the surface of base material 101 made of metal is subjected to electric discharge machining, work-affected layer 133 is formed on the surface of base material 101. Further, the melt redeposition layer 132 is formed on the work-affected layer 133. Here, the electric discharge machining is performed between a discharge electrode and a base material 101 which are opposed to each other in a liquid such as water or oil with a very small distance of 5 to 100 μm.
This is a process performed by repeating arc discharge for a short time of 0 -7 to 10 -3 seconds. That is, the discharge electrode and the base material 10
10 in a very small area between 1 and the discharge gap
5 -10 introducing electrical energy to reach 8 W / cm 2 things power density. As a result, the surface of the base material 101 is instantaneously melted and evaporated. This melting and evaporation is repeated. Thus, electric discharge machining mainly proceeds by thermal machining. Therefore, on the processed surface of the base material 101, a melt reattachment layer 132 is formed in which the material of the base material 101 which has been melted and the reaction product of the constituent elements of the base material 101 and the liquid constituent elements are adhered and solidified. To be done. Further, between the melt redeposition layer 132 and the base material 101, a work-affected layer 133 containing microcracks generated by thermal stress or electric field action during working is formed. In the case of forming a wear resistant film on a machined surface of a metal that has been subjected to conventional electric discharge machining, the wear resistant film was formed on the melt-redeposition layer 132.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】まず、図10に示した
従来のコーティング金具および工具においては、基材1
01と被膜層102との間に形成される拡散層122が
極めて薄い。このため、被膜層102の基材101への
付着力が弱く、使用中において被膜層102が剥離しや
すいという問題点があった。その結果、被膜層102の
コーティングによる寿命向上効果は不十分なものであっ
た。
First, in the conventional coating fitting and tool shown in FIG. 10, the base material 1 is used.
The diffusion layer 122 formed between 01 and the coating layer 102 is extremely thin. Therefore, the adhesion of the coating layer 102 to the base material 101 is weak, and the coating layer 102 is likely to peel off during use. As a result, the effect of improving the life by coating the coating layer 102 was insufficient.

【0008】また、図11に示した従来のプレス金型お
よび工具においては、鋭利な形状を有する切刃エッジ部
118に硬化処理または硬質被膜が形成されている。し
かし、切刃エッジ部118には極めて大きな集中応力が
作用するため、使用開始直後からその切刃エッジ部11
8の被膜剥離が発生する。その結果、コーティングによ
る寿命向上効果は不十分なものであった。
Further, in the conventional press die and tool shown in FIG. 11, the cutting edge portion 118 having a sharp shape is hardened or hard-coated. However, since a very large concentrated stress acts on the cutting edge portion 118, the cutting edge portion 11 immediately after the start of use.
The film peeling of No. 8 occurs. As a result, the effect of improving the life of the coating was insufficient.

【0009】さらに、従来の硬化処理または硬質被膜形
成が施された硬質充填材を含有する樹脂材料モールド用
金型においては、モールド樹脂材料中に含まれる溶融シ
リカなどの硬質充填材が、金型ランナ内のモールド樹脂
材料の分岐部分と、スプールとランナ,ランナとゲー
ト,ゲートとキャビティの各境界部分とに存在するエッ
ジ部分に対して激しい研削作用を及ぼす。このため、エ
ッジ部分の被膜の剥離や摩滅などが発生するという問題
点があり、その結果、被膜のコーティングによる寿命向
上効果は不十分なものであった。
Further, in a conventional mold for molding a resin material containing a hard filler which has been hardened or hard-coated, the hard filler such as fused silica contained in the mold resin material is a mold. A severe grinding action is exerted on the branch portions of the mold resin material in the runner and the edge portions existing at the spool and the runner, the runner and the gate, and the boundary portions of the gate and the cavity. Therefore, there is a problem in that the coating film at the edge portion is peeled off or worn away, and as a result, the effect of improving the life of the coating film is insufficient.

【0010】従来では、金型基材の摩耗を抑制するため
に、工具鋼およびこれに類する高硬度鋼を金型基材とし
て用いる場合もあった。ここで、靭性と硬度とは相反す
るものであり、両者を同時に満足させる工具および金型
は実現できない。このため、高硬度の基材を機械加工す
る場合、靱性が少ないことから、工具が損傷したり加工
時間が増加してしまうという問題点があった。
Conventionally, in order to suppress the wear of the die base material, tool steel and similar high hardness steel may be used as the die base material. Here, toughness and hardness are contradictory, and a tool and a mold that satisfy both of them at the same time cannot be realized. Therefore, when machining a high-hardness base material, there is a problem in that the tool is damaged and the processing time is increased due to its low toughness.

【0011】また、図12に示した従来の放電加工を施
した金型および工具においては、耐摩耗被膜を形成する
場合、溶融再付着層132上に形成する。ここで、溶融
再付着層132と基材101との密着力は弱い。このた
め、溶融再付着層132上に硬質の耐摩耗被膜を形成し
た場合に、金型および工具の使用時に耐摩耗被膜が溶融
再付着層132とともに基材101から容易に剥離して
しまうという問題点があった。
In the conventional electric discharge machining die and tool shown in FIG. 12, when a wear resistant film is formed, it is formed on the melt re-adhesion layer 132. Here, the adhesion between the melt-redeposition layer 132 and the base material 101 is weak. Therefore, when a hard wear resistant coating is formed on the melt reattachment layer 132, the wear resistant coating is easily separated from the base material 101 together with the melt reattachment layer 132 when the mold and the tool are used. There was a point.

【0012】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、請求項1〜7に記載の発明の目
的は、加工用部材において、基材表面に形成される耐摩
耗被膜の剥離を防止することによって長寿命化を図るこ
とである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a wear-resistant coating formed on the surface of a base material in a processing member. It is intended to prolong the service life by preventing peeling.

【0013】請求項8〜13に記載の発明の目的は、加
工用部材の製造方法において、長寿命を有する加工用部
材を安定かつ生産性よく製造することである。
It is an object of the inventions described in claims 8 to 13 in a method for manufacturing a working member to stably and efficiently manufacture a working member having a long life.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1および2におけ
る加工用部材は、主表面を有する基材と、その基材の主
表面上に形成された被膜層と、基材と被膜層との間に位
置し基材の主表面上に接触して形成され被膜層の構成元
素の少なくとも1元素と基材の構成元素とを含む第1傾
斜組成層と、第1傾斜組成層と被膜層との間に位置し被
膜層のすべての構成元素と基材の構成元素とを含む第2
傾斜組成層とを備えている。そして、第1傾斜組成層の
厚みと第2傾斜組成層の厚みとの和が30nm以上であ
る。
A processing member according to claims 1 and 2 comprises a base material having a main surface, a coating layer formed on the main surface of the base material, and the base material and the coating layer. A first graded composition layer which is located between and is in contact with the main surface of the base material and which contains at least one element of the constituent elements of the coating layer and a constituent element of the base material; a first graded composition layer and a coating layer; A second layer which is located between the two and includes all the constituent elements of the coating layer and the constituent elements of the base material.
And a graded composition layer. The sum of the thickness of the first gradient composition layer and the thickness of the second gradient composition layer is 30 nm or more.

【0015】また、好ましくは、上記した被膜層を1層
以上の層からなるとともにその最下層の被膜層をTi2
N,TiN,およびTi2 NとTiNとの混合相からな
るグループより選ばれた1つの材料によって構成し、第
1傾斜組成層を基材の構成元素とN原子とが互いに逆の
濃度勾配を有するように構成し、第2傾斜組成層を基材
の構成元素とN,Ti原子とが互いに逆の濃度勾配を有
するように形成してもよい。
Preferably, the above-mentioned coating layer is composed of one or more layers, and the lowermost coating layer is Ti 2
N, TiN, and one material selected from the group consisting of mixed phases of Ti 2 N and TiN, and the first graded composition layer has a concentration gradient in which the constituent elements of the base material and N atoms are opposite to each other. Alternatively, the second gradient composition layer may be formed such that the constituent elements of the base material and the N and Ti atoms have opposite concentration gradients.

【0016】請求項3における加工用部材は、主表面を
有しAlを含む基材と、その基材の主表面上に形成され
たAlNを含む第1被膜層と、その第1被膜層の上に形
成されTi2 N,TiN,およびTi2 NとTiNとの
混合相からなるグループより選ばれた1つの材料からな
る第2被膜層と、基材と第1被膜層との間に位置し少な
くともAlとNとが互いに逆の濃度勾配を有する第1傾
斜組成層と、第1被膜層と第2被膜層との間に位置しA
lとTi,Nとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜
組成層とを備えている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a processing member comprising a base material having a main surface and containing Al, a first coating layer containing AlN formed on the main surface of the base material, and the first coating layer. located between formed on Ti 2 N, and TiN, and a second coating layer composed of Ti 2 N and one material selected from the group consisting of mixed phases of TiN, the substrate and the first coating layer And at least Al and N are located between the first graded composition layer having a concentration gradient opposite to each other and the first coating layer and the second coating layer.
2 and a second graded composition layer in which Ti and N have concentration gradients opposite to each other.

【0017】請求項4における加工用部材は、主表面を
有しAlを含む基材と、その基材の主表面上に形成され
たAl2 3 を含む第1被膜層と、その第1被膜層上に
形成されたTiOを含む第2被膜層と、第2被膜層上に
形成されTi2 N,TiN,およびTi2 NとTiNと
の混合相からなるグループより選ばれた1つの材料より
なる第3被膜層と、基材と第1被膜層との間に形成され
AlとOとが互いに逆の濃度勾配を有する第1傾斜組成
層と、第1被膜層と第2被膜層との間に形成されAlと
Tiとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜組成層
と、第2被膜層と第3被膜層との間に形成されOとNと
が互いに逆の濃度勾配を有する第3傾斜組成層とを備え
ている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a processing member, wherein a base material having a main surface and containing Al, a first coating layer containing Al 2 O 3 formed on the main surface of the base material, and a first coating layer thereof. One material selected from the group consisting of a second coating layer containing TiO formed on the coating layer, Ti 2 N, TiN formed on the second coating layer, and a mixed phase of Ti 2 N and TiN. A third coating layer, a first gradient composition layer formed between the base material and the first coating layer and having Al and O having opposite concentration gradients, a first coating layer and a second coating layer. Between the second coating layer and the third coating layer, and a second gradient composition layer having Al and Ti having opposite concentration gradients, and O and N having opposite concentration gradients. And a third graded composition layer having the same.

【0018】請求項5における加工用部材は、主表面を
有し超硬合金からなる基材と、その基材の主表面上に形
成され周期律表第3族〜第6族および第8族の元素から
なるグループより選ばれた1つの元素の窒化物を含む被
膜層と、基材と被膜層との間に形成されW,C原子と被
膜層を構成する金属原子,N原子とが互いに逆の濃度勾
配を有する傾斜組成層とを備えている。そして上記傾斜
組成層はWN結晶を含まないように構成されている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a working member comprising a base material having a main surface and made of a cemented carbide, and a periodic table group 3 to group 6 and group 8 formed on the main surface of the base material. A coating layer containing a nitride of one element selected from the group consisting of the above elements, W and C atoms formed between the base material and the coating layer, and metal atoms and N atoms constituting the coating layer, And a graded composition layer having an opposite concentration gradient. The graded composition layer is configured not to include WN crystal.

【0019】請求項6における加工用部材は、切刃側面
と、工具面と、5〜100μmの曲率半径を有する切刃
エッジ面とを備えている。そして少なくとも切刃エッジ
面には硬化処理がなされている。
A machining member according to a sixth aspect includes a cutting edge side surface, a tool surface, and a cutting edge edge surface having a radius of curvature of 5 to 100 μm. At least the edge surface of the cutting edge is hardened.

【0020】請求項7における加工用部材は、切刃側面
と工具面と切刃エッジ面とを備えている。そして切刃側
面と切刃エッジ面,工具面と切刃エッジ面はそれぞれ鈍
角で交わるとともに、少なくとも切刃エッジ面には硬化
処理がなされている。
The working member according to claim 7 is provided with a cutting edge side surface, a tool surface, and a cutting edge edge surface. The cutting edge side surface and the cutting edge edge surface, and the tool surface and the cutting edge edge surface intersect at an obtuse angle, and at least the cutting edge surface is hardened.

【0021】請求項8における加工用部材の製造方法
は、真空中において基材表面に窒化物を構成する金属元
素を少なくとも70nmの膜厚に達するまで0.1〜5
nm/secの速度で蒸着する工程と、その蒸着する工
程と同時に基材表面にエネルギE=5〜100keVを
有する窒素イオンをイオン電流密度I<227−(1.
33×E)μA/cm2 で照射する工程とを備えてい
る。
The method for manufacturing a processing member according to claim 8 is characterized in that the metal element forming the nitride on the surface of the base material in a vacuum is 0.1 to 5 until a film thickness of at least 70 nm is reached.
At the same time as the step of vapor deposition at a rate of nm / sec, simultaneously with the step of vapor deposition, nitrogen ions having energy E = 5 to 100 keV are ion current density I <227- (1.
33 × E) irradiating with μA / cm 2 .

【0022】請求項9における加工用部材の製造方法
は、真空中において基材表面にエネルギE=0.1〜3
5keVを有する少なくとも窒素を含むイオンを1〜3
00μA/cm2 のイオン電流密度でエネルギE≦16
keVの場合には照射窒素イオン量D=(4+(0.2
3×E))×1016個/cm2 以下、エネルギE>16
keVの場合には照射窒素イオン量D=(14−(0.
4×E))×1016個/cm2 以下だけ照射する工程
と、その後、被膜層を形成する工程とを備えている。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a processing member, wherein the energy E of the substrate surface is 0.1 to 3 in a vacuum.
1-3 at least nitrogen-containing ions having 5 keV
Energy E ≦ 16 at ion current density of 00 μA / cm 2
In the case of keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (4+ (0.2
3 × E)) × 10 16 pieces / cm 2 or less, energy E> 16
In the case of keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (14− (0.
4 × E)) × 10 16 pieces / cm 2 or less, and a step of forming a coating layer thereafter.

【0023】請求項10における加工用部材の製造方法
は、真空中において基材表面にエネルギE=0.1〜3
5keVを有する不活性元素イオンを1〜300μA/
cm 2 のイオン電流密度で5×1013〜1×1017個/
cm2 照射する工程と、その後真空中において基材表面
に窒化物を構成する金属元素を0.1〜5nm/sec
の速度で蒸着する工程と、蒸着工程と同時に基材表面に
エネルギE=5〜100keVを有する窒素イオンをイ
オン電流密度I<227−(1.33×E)μA/cm
2 で照射する工程とを備えている。
A method for manufacturing a processing member according to claim 10
Is the energy E = 0.1-3 on the surface of the substrate in vacuum.
1 to 300 μA / inert element ion having 5 keV
cm 2Ion current density of 5 × 1013~ 1 x 1017Individual/
cm2Irradiation process, then substrate surface in vacuum
0.1 to 5 nm / sec for the metal element that constitutes the nitride
On the surface of the substrate at the same time as the step of vapor deposition at the same time
Nitrogen ions with energy E = 5 to 100 keV
ON current density I <227− (1.33 × E) μA / cm
2And the step of irradiating with.

【0024】請求項11における加工用部材の製造方法
は、エッジ部をその曲率半径が5〜100μmになるよ
うに加工する工程と、少なくともそのエッジ部上に耐摩
耗層を形成する工程とを備えている。
A method of manufacturing a working member according to a eleventh aspect includes a step of processing an edge portion so that a radius of curvature of the edge portion becomes 5 to 100 μm, and a step of forming a wear resistant layer on at least the edge portion. ing.

【0025】請求項12における加工用部材の製造方法
は、エッジ部をそのエッジを挟む2つの面がエッジ部表
面と鈍角で交わるような形状に加工する工程と、少なく
ともエッジ部上に耐摩耗層を形成する工程とを備えてい
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a working member, the step of working an edge portion into a shape in which two surfaces sandwiching the edge intersect the surface of the edge portion at an obtuse angle, and a wear-resistant layer at least on the edge portion. And a step of forming.

【0026】請求項13における加工用部材の製造方法
は、加工面上の少なくとも溶融再付着層を除去する工程
と、その後加工面上に耐摩耗層を形成する工程とを備え
ている。
A method of manufacturing a working member according to a thirteenth aspect includes a step of removing at least the melt-redeposited layer on the worked surface, and a step of subsequently forming a wear resistant layer on the worked surface.

【0027】[0027]

【作用】請求項1に係る加工用部材では、基材と被膜層
との間に第1傾斜組成層が形成され、第1傾斜組成層と
被膜層との間に第2傾斜組成層が形成され、第1傾斜組
成層の厚みと第2傾斜組成層の厚みとの和が30nm以
上に設定されているので、基材と被膜層との間に剥離の
原因となる明瞭な界面が形成されることなく、極めて強
靱な付着力を有する被膜層が形成される。また、被膜層
を1層以上の層によって形成するとともにその最下層の
被膜層をTi2 N,TiN,およびTi2NとTiNと
の混合相からなるグループより選ばれた1つの材料によ
って構成し、第1の傾斜組成層を基材の構成元素とN原
子とが互いに逆の濃度勾配を有するように形成し、第2
の傾斜組成層を基材の構成元素とN,Ti原子とが互い
に逆の濃度勾配を有するように構成すれば、優れた耐摩
耗性を有する被膜層が基材と一体化しているかのごとく
形成され、耐摩耗性に優れた長寿命を有する加工用部材
が得られる。
In the processing member according to claim 1, the first graded composition layer is formed between the base material and the coating layer, and the second graded composition layer is formed between the first graded composition layer and the coating layer. Since the sum of the thickness of the first gradient composition layer and the thickness of the second gradient composition layer is set to 30 nm or more, a clear interface that causes peeling is formed between the base material and the coating layer. Without forming a coating layer having extremely strong adhesion. The coating layer is formed of one or more layers, and the lowermost coating layer is made of one material selected from the group consisting of Ti 2 N, TiN, and a mixed phase of Ti 2 N and TiN. The first gradient composition layer is formed such that the constituent elements of the base material and the N atoms have opposite concentration gradients, and
If the gradient composition layer of No. 1 is configured such that the constituent elements of the base material and the N and Ti atoms have opposite concentration gradients, a coating layer having excellent wear resistance is formed as if it is integrated with the base material. Thus, a processing member having excellent wear resistance and a long life can be obtained.

【0028】請求項3に係る加工用部材では、Alを含
む基材とAlNを含む第1被膜層との間に少なくともA
lとNとが互いに逆の濃度勾配を有する第1傾斜組成層
が形成され、第1被膜層とTi2 N,TiN,およびT
2 NとTiNとの混合相からなるグループより選ばれ
た1つの材料からなる第2被膜層との間にAlとTi,
Nとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜組成層が形
成されているので、基材と第2被膜層とが第1被膜層を
挟む第1傾斜組成層および第2傾斜組成層によってより
強靱に接合される。これにより、耐久性に優れた加工用
部材が得られる。
In the processing member according to claim 3, at least A is provided between the Al-containing base material and the AlN-containing first coating layer.
A first graded composition layer is formed in which 1 and N have opposite concentration gradients, and the first coating layer and Ti 2 N, TiN, and T are formed.
Al and Ti between the second coating layer made of one material selected from the group consisting of a mixed phase of i 2 N and TiN,
Since the second gradient composition layer having N and the concentration gradient opposite to each other is formed, the base material and the second coating layer are more likely to be formed by the first gradient composition layer and the second gradient composition layer sandwiching the first coating layer. It is toughly bonded. As a result, a processing member having excellent durability can be obtained.

【0029】請求項4に係る加工用部材では、Alを含
む基材とAl2 3 を含む第1の被膜層との間にAlと
Oとが互いに逆の濃度勾配を有する第1の傾斜組成層が
形成され、第1被膜層とTiOを含む第2被膜層との間
にAlとTiとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜
組成層が形成され、第2被膜層とTi2 N,TiNおよ
びTi2 NとTiNとの混合相からなるグループより選
ばれた1つの材料よりなる第3被膜層との間にOとNと
が互いに逆の濃度勾配を有する第3傾斜組成層が形成さ
れているので、優れた耐摩耗性を有する第3被膜層があ
たかも基材と一体化しているかのように形成される。こ
れにより、耐摩耗性に優れ長寿命を有する加工用部材が
得られる。
In the processing member according to the fourth aspect, the first gradient in which Al and O have opposite concentration gradients between the base material containing Al and the first coating layer containing Al 2 O 3. the composition layer is formed, the second graded composition layer is formed to have a reverse concentration gradient mutually Al and Ti between the second coating layer comprising a first coating layer and the TiO, second coating layer and the Ti 2 Third gradient composition layer having concentration gradients of O and N opposite to each other between the third coating layer made of one material selected from the group consisting of N, TiN and mixed phases of Ti 2 N and TiN. Is formed, the third coating layer having excellent abrasion resistance is formed as if it were integrated with the base material. As a result, a processing member having excellent wear resistance and long life can be obtained.

【0030】請求項5に係る加工用部材では、超硬合金
からなる基材と周期律表第3族〜第6族および第8族の
元素からなるグループより選ばれた1つの元素の窒化物
を含む被膜層との間に、W,C原子と被膜層を構成する
金属原子,N原子とが互いに逆の濃度勾配を有する傾斜
組成層が形成されるとともに、その傾斜組成層がWN結
晶を含まないように形成されているので、基材と被膜層
との間に膜剥離を誘引する脆性結晶を含む層や明瞭な界
面が形成されることなく、極めて強靱な付着力を有する
被膜層が形成される。これにより、長期信頼性に優れた
加工用部材が得られる。
In the processing member according to claim 5, a base material made of cemented carbide and a nitride of one element selected from the group consisting of elements of Groups 3 to 6 and 8 of the periodic table. A gradient composition layer having concentration gradients of W and C atoms and metal atoms and N atoms constituting the coating layer opposite to each other is formed between the gradient composition layer and the coating layer containing. Since it is formed so as not to contain, a layer containing brittle crystals that induces film peeling or a clear interface is not formed between the base material and the coating layer, and a coating layer having extremely strong adhesive force is formed. It is formed. Thereby, a processing member having excellent long-term reliability can be obtained.

【0031】請求項6に係る加工用部材では、切刃エッ
ジ面が5〜100μmの曲率半径を有するように形成さ
れ、少なくともその切刃エッジ面には硬化処理がなされ
ているので、打抜き加工時に被膜層の剥離や基材の欠け
が有効に防止される。
In the working member according to the sixth aspect, the cutting edge surface is formed so as to have a radius of curvature of 5 to 100 μm, and at least the cutting edge surface is hardened. Peeling of the coating layer and chipping of the substrate are effectively prevented.

【0032】請求項7に係る加工用部材では、切刃側面
と切刃エッジ面,工具面と切刃エッジ面がそれぞれ鈍角
で交わるとともに、少なくとも切刃エッジ面には硬化処
理がなされているので、打抜き加工時に被膜層の剥離や
基材の欠けが有効に防止される。それにより、被膜層の
寿命が飛躍的に向上される。
In the machining member according to the seventh aspect, the cutting edge side surface and the cutting edge edge surface, the tool surface and the cutting edge edge surface intersect at an obtuse angle, and at least the cutting edge surface is hardened. Further, peeling of the coating layer and chipping of the base material can be effectively prevented during the punching process. As a result, the life of the coating layer is dramatically improved.

【0033】請求項8に係る加工用部材の製造方法で
は、真空中において基材表面に窒化物を構成する金属元
素が少なくとも70nmの膜厚に達するまで0.1〜5
nm/secの速度で蒸着され、その蒸着と同時に基材
表面にエネルギE=5〜100keVを有する窒素イオ
ンがイオン電流密度I<227−(1.33×E)μA
/cm2 で照射されるので、基材と被膜層との間で膜剥
離の原因となるWN結晶の発生が抑制される。これによ
り、基材と被膜層との界面の信頼性に極めて優れた加工
用部材が容易に製造される。
In the method for manufacturing a working member according to the eighth aspect, the metal element constituting the nitride on the surface of the base material in a vacuum is 0.1 to 5 until a film thickness of at least 70 nm is reached.
At the same time as the vapor deposition, nitrogen ions having an energy E = 5 to 100 keV are vapor-deposited at a rate of nm / sec and ion current density I <227− (1.33 × E) μA.
Since the irradiation is performed at / cm 2 , the generation of WN crystal that causes film peeling between the base material and the coating layer is suppressed. This makes it possible to easily manufacture a processing member having extremely excellent reliability at the interface between the base material and the coating layer.

【0034】請求項9に係る加工用部材の製造方法で
は、真空中において基材表面にエネルギE=0.1〜3
5keVを有する少なくとも窒素を含むイオンが1〜3
00μA/cm2 のイオン電流密度でエネルギE≦16
keVの場合には照射窒素イオン量D=(4+(0.2
3×E))×1016個/cm2 以下、エネルギE>16
keVの場合には照射窒素イオン量D=(14−(0.
4×E))×1016個/cm2 以下だけ照射され、その
後被膜層が形成されるので、基材と被膜層との間で膜剥
離の原因となるWN結晶の発生が抑制されながら基材表
面の不純物が除去される。これにより、基材と被膜層と
の密着力が高められた加工用部材が容易に製造される。
In the method for manufacturing a processing member according to a ninth aspect, energy E = 0.1-3 on the surface of the base material in vacuum.
1-3 at least nitrogen-containing ions having 5 keV
Energy E ≦ 16 at ion current density of 00 μA / cm 2
In the case of keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (4+ (0.2
3 × E)) × 10 16 pieces / cm 2 or less, energy E> 16
In the case of keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (14− (0.
4 × E)) × 10 16 pieces / cm 2 or less and a coating layer is formed thereafter, so that generation of WN crystals, which causes film peeling between the base material and the coating layer, is suppressed while the substrate is formed. Impurities on the material surface are removed. As a result, a processing member having an increased adhesion between the base material and the coating layer can be easily manufactured.

【0035】請求項10に係る加工用部材の製造方法で
は、真空中において基材表面にエネルギE=0.1〜3
5keVを有する不活性元素イオンが1〜300μA/
cm 2 のイオン電流密度で5×1013〜1×1017個/
cm2 で照射され、その後真空中において基材表面に窒
化物を構成する金属元素が0.1〜5nm/secの速
度で蒸着されると同時に基材表面にエネルギE=5〜1
00keVを有する窒素イオンがイオン電流密度I<2
27−(1.33×E)μA/cm2 で照射されるの
で、基材と被膜層との間で膜剥離の原因となる脆性結晶
の発生が有効に抑制されながら基材表面の不純物が除去
される。これにより、極めて強靱な付着力を有する硬質
の被膜層が形成され、長寿命を有する加工用部材が容易
に製造される。
In the method for manufacturing a processing member according to claim 10,
Is the energy E = 0.1-3 on the surface of the substrate in vacuum.
Inert element ion having 5 keV is 1 to 300 μA /
cm 2Ion current density of 5 × 1013~ 1 x 1017Individual/
cm2The substrate surface is exposed to
The metal element composing the oxide is at a speed of 0.1 to 5 nm / sec.
Energy E = 5-1 on the surface of the substrate at the same time
Nitrogen ions having 00 keV have an ion current density I <2
27- (1.33 × E) μA / cm2Is illuminated by
The brittle crystals that cause film peeling between the substrate and the coating layer.
Removal of impurities on the surface of the substrate while effectively suppressing the generation of
To be done. As a result, a hard material with extremely strong adhesion
The coating layer is formed, making it easy to process materials with long life.
Manufactured to.

【0036】請求項11に係る加工用部材の製造方法で
は、エッジ部が5〜100μmの曲率半径を有するよう
に加工され、少なくともそのエッジ部上に耐摩耗層が形
成されるので、打抜き加工時に被膜層の剥離や基材の欠
けが有効に防止され、耐摩耗性と信頼性が飛躍的に改善
される。
In the method for manufacturing a working member according to the eleventh aspect, the edge portion is processed so as to have a radius of curvature of 5 to 100 μm, and the wear resistant layer is formed at least on the edge portion, so that the punching process is performed. Peeling of the coating layer and chipping of the base material are effectively prevented, and wear resistance and reliability are dramatically improved.

【0037】請求項12に係る加工用部材の製造方法で
は、エッジ部を挟む2つの面がエッジ部表面と鈍角で交
わるような形状にエッジ部が加工され、少なくともその
エッジ部上に耐摩耗層が形成されるので、打抜き加工時
に被膜層の剥離や基材の欠けが有効に防止され、その結
果長寿命を有する加工用部材が容易に製造される。
In the method for manufacturing a working member according to the twelfth aspect, the edge portion is processed into a shape such that two surfaces sandwiching the edge portion intersect the surface of the edge portion at an obtuse angle, and at least the edge portion has a wear-resistant layer. Thus, peeling of the coating layer and chipping of the base material are effectively prevented during punching, and as a result, a processing member having a long life is easily manufactured.

【0038】請求項13に係る加工用部材の製造方法で
は、加工面上の少なくとも溶融再付着層が除去され、そ
の後加工面上に耐摩耗層が形成されるので、基材と被膜
層との間で膜剥離の原因となる層が容易に取り除かれ、
被膜層の付着力に優れた長寿命を有する加工用部材が容
易に製造される。
In the method for manufacturing a working member according to the thirteenth aspect, at least the melt redeposited layer on the worked surface is removed, and then the wear resistant layer is formed on the worked surface. The layers that cause film peeling are easily removed between
A processing member having an excellent adhesive force of the coating layer and having a long life is easily manufactured.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0040】図1は、本発明の第1実施例による金型お
よび工具の材料構造を示した断面図である。図1を参照
して、この第1実施例では、基材1上に第1傾斜組成層
3および第2傾斜組成層4を介して被膜層2が形成され
ている。基材1はたとえば超硬合金からなる。被膜層2
はたとえば窒化チタンからなり優れた耐摩耗特性を有し
ている。第1傾斜組成層3は、基材1の表面上に接触し
て形成されている。そしてその第1傾斜組成層3は、T
iを含まないで、WおよびCなどの基材1を構成する元
素の濃度が基材1から被膜層2の表面に向かう方向に徐
々に減少し、Nの元素濃度が基材1から被膜層2の表面
に向かう方向に徐々に増大するような傾斜組成を有して
いる。第2傾斜組成層4は、非晶質を有しており、第1
傾斜組成層3と被膜層2との間に形成されている。この
第2傾斜組成層4は、WおよびCなどの基材1を構成す
る元素の濃度が第1傾斜組成層3から被膜層2に向かっ
て徐々に減少し、NおよびTiの元素濃度が第1傾斜組
成層3から被膜層2に向かって徐々に増大するような傾
斜組成を有している。
FIG. 1 is a sectional view showing a material structure of a mold and a tool according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the first embodiment, a coating layer 2 is formed on a base material 1 with a first graded composition layer 3 and a second graded composition layer 4 interposed therebetween. The base material 1 is made of, for example, cemented carbide. Coating layer 2
Made of titanium nitride, for example, and has excellent wear resistance. The first graded composition layer 3 is formed in contact with the surface of the base material 1. The first graded composition layer 3 has a T
Without including i, the concentrations of elements constituting the substrate 1 such as W and C gradually decrease in the direction from the substrate 1 to the surface of the coating layer 2, and the element concentration of N changes from the substrate 1 to the coating layer. 2 has a gradient composition that gradually increases in the direction toward the surface. The second graded composition layer 4 is amorphous and has a first
It is formed between the gradient composition layer 3 and the coating layer 2. In the second graded composition layer 4, the concentrations of elements such as W and C that form the base material 1 gradually decrease from the first graded composition layer 3 toward the coating layer 2, and the element concentrations of N and Ti become the first level. 1 has a gradient composition that gradually increases from the gradient composition layer 3 toward the coating layer 2.

【0041】次に、図1を参照して、第1実施例の金型
および工具の製造方法について説明する。ここでは、プ
レス金型の具体的な製造方法を説明する。まず、基材1
として準備した超硬合金に対し、切削・研削・研磨など
の機械加工を施す。これにより、要求精度を満たす所望
の形状に基材1を仕上げる。このとき、プレス加工時に
おける被加工物材料の焼き付きや基材1のチッピング
(欠け)を抑制するとともに被膜層2の局部的な摩耗や
剥離を回避するために、被加工物と接する部分の金型
(基材1)表面の表面粗さを1μm以下に仕上げておく
ことが望ましい。なお、基材1として鉄鋼材料を用いる
場合には、合金工具鋼(JIS:SKDなど)や高速度
工具鋼(JIS:SKH)に焼き入れ・焼き戻しなどの
熱処理を施し、これらを所望の硬さに調整する。このと
きの硬さとしては、十分高い硬度と適度な靭性を確保す
るために、ロックウェル硬さHRC58〜64程度とす
ることが望ましい。
Next, with reference to FIG. 1, a method of manufacturing the mold and tool of the first embodiment will be described. Here, a specific method for manufacturing a press die will be described. First, the base material 1
Machining such as cutting, grinding and polishing is performed on the cemented carbide prepared as above. As a result, the base material 1 is finished into a desired shape that satisfies the required accuracy. At this time, in order to suppress seizure of the material to be processed and chipping (chipping) of the base material 1 at the time of press working, and to avoid local abrasion or peeling of the coating layer 2, the gold of the portion in contact with the workpiece is pressed. It is desirable to finish the surface of the mold (base material 1) to have a surface roughness of 1 μm or less. When a steel material is used as the base material 1, an alloy tool steel (JIS: SKD, etc.) or a high speed tool steel (JIS: SKH) is subjected to heat treatment such as quenching and tempering to obtain a desired hardness. Adjust to The hardness at this time is preferably about Rockwell hardness HRC 58 to 64 in order to secure sufficiently high hardness and appropriate toughness.

【0042】次に、アセトン超音波洗浄などにより所望
形状に仕上がった金型(基材1)表面の加工粉や加工油
分を完全に除去する。この後、速やかに成膜用真空槽内
に基材1を収容する。洗浄を完了した後成膜を実施する
までの間一定の時間が必要である場合には、デシケータ
内などの清浄環境に基材1を置いて保管する。このよう
な作業は、次工程の真空中での成膜における膜純度や膜
付着力の低下を防止するために重要な作業である。
Next, the processing powder and the processing oil on the surface of the die (base material 1) finished in a desired shape by acetone ultrasonic cleaning or the like are completely removed. After that, the substrate 1 is immediately put in the film forming vacuum chamber. When a certain period of time is required between the completion of cleaning and the execution of film formation, the substrate 1 is placed and stored in a clean environment such as in a desiccator. Such work is important work in order to prevent a decrease in film purity and film adhesion in the film formation in a vacuum in the next step.

【0043】次に、図2に装置の構成を示したイオンミ
キシング成膜装置の真空槽5内の基板ホルダ6上の所定
位置に金型(基材1)をセットする。ここで、図2を参
照して、本実施例の金型および工具の製造方法に用いる
イオンミキシング成膜装置の概略構成を説明する。真空
槽5内の上部には基板ホルダ6が設けられており、基板
ホルダ6の下面には基材1が取り付けられている。真空
槽5内の下部には、るつぼ11が設置されている。るつ
ぼ11内には蒸着材料12が充填されている。るつぼ1
1の近傍には電子ビーム銃13が移動可能に設置されて
いる。真空槽5の下方にはめ込むようにイオンビーム源
7が設置されている。イオンビーム源7にはガス導入口
8と電子放射源9と加速電極10が設けられている。
Next, the mold (base material 1) is set at a predetermined position on the substrate holder 6 in the vacuum tank 5 of the ion mixing film forming apparatus whose apparatus configuration is shown in FIG. Here, with reference to FIG. 2, a schematic configuration of the ion mixing film forming apparatus used in the method of manufacturing the mold and the tool of the present embodiment will be described. A substrate holder 6 is provided in the upper part of the vacuum chamber 5, and a substrate 1 is attached to the lower surface of the substrate holder 6. A crucible 11 is installed in the lower part of the vacuum chamber 5. A vapor deposition material 12 is filled in the crucible 11. Crucible 1
An electron beam gun 13 is movably installed in the vicinity of 1. An ion beam source 7 is installed below the vacuum chamber 5 so as to be fitted therein. The ion beam source 7 is provided with a gas inlet 8, an electron emission source 9, and an acceleration electrode 10.

【0044】このような構成を有するイオンミキシング
成膜装置を用いてまず真空槽5内を3×10-6Torr
以上の真空度にまで排気する。その後、イオンビーム源
7のガス導入口8からN2 ガスを導入し、3×10-5
orr程度の真空度に保つ。このN2 ガス粒子を、電子
放射源9からの電子シャワーを浴びせることによってプ
ラスイオン化する。その後、加速電極10に負電位を印
加することによってそのプラスイオン化したN2 ガス粒
子を加速して金型の基材1表面に照射する。この照射に
よるスパッタ作用によって金型の基材1表面に付着また
は蒸着している汚染物質を取り除く。
First, the inside of the vacuum chamber 5 was set to 3 × 10 −6 Torr by using the ion mixing film forming apparatus having the above-mentioned structure.
Evacuate to the above vacuum level. After that, N 2 gas was introduced from the gas inlet 8 of the ion beam source 7 to obtain 3 × 10 −5 T
Maintain a vacuum of about orr. The N 2 gas particles are positively ionized by being exposed to an electron shower from the electron emission source 9. Then, by applying a negative potential to the acceleration electrode 10, the positively ionized N 2 gas particles are accelerated to irradiate the surface of the base material 1 of the mold. Contaminants adhering to or vapor-depositing on the surface of the base material 1 of the mold are removed by the sputtering action of this irradiation.

【0045】このとき、加速電極10に印加する加速電
圧は、0.1〜35keVであることが望ましい。これ
は、以下の理由による。すなわち、加速電圧が0.1k
eV以下の場合にはイオンの基材1表面への堆積が顕著
となりスパッタ効果は発揮されない。また、加速電圧が
35keV以上の場合にはイオンの注入現象が活発にな
ることからイオンによるスパッタ効果は発揮されない。
したがって、加速電圧は0.1〜35keVであること
が望ましい。
At this time, the acceleration voltage applied to the acceleration electrode 10 is preferably 0.1 to 35 keV. This is for the following reason. That is, the acceleration voltage is 0.1k
When it is eV or less, the deposition of ions on the surface of the substrate 1 becomes remarkable, and the sputtering effect is not exhibited. Further, when the acceleration voltage is 35 keV or more, the ion implantation phenomenon becomes active, so that the sputtering effect due to the ions cannot be exhibited.
Therefore, the acceleration voltage is preferably 0.1 to 35 keV.

【0046】また、照射イオン電流密度は1〜300μ
A/cm2 であることが望ましい。これは以下の理由に
よる。すなわち、イオン電流密度が1μA/cm2 以下
の場合にはイオンによるスパッタ速度は極めて遅く実用
的でない。また、イオン電流密度が300μA/cm2
以上の場合には基材1の昇温が顕著になることから金型
(基材1)の寸法精度を保持するのが困難になる。した
がって、照射イオン電流密度は1〜300μA/cm2
であることが望ましい。
The irradiation ion current density is 1 to 300 μm.
A / cm 2 is desirable. This is for the following reason. That is, when the ion current density is 1 μA / cm 2 or less, the sputtering speed by ions is extremely slow and not practical. In addition, the ion current density is 300 μA / cm 2
In the above cases, the temperature rise of the base material 1 becomes remarkable, so that it becomes difficult to maintain the dimensional accuracy of the mold (base material 1). Therefore, the irradiation ion current density is 1 to 300 μA / cm 2.
Is desirable.

【0047】さらに、この基材1のクリーニング工程に
おいて、基材1表面に照射されるNイオンの個数は、イ
オン加速電圧をEとおいた場合、E≦16keVの場合
には(4+(0.23×E))×1016個/cm2
下、E>16keVの場合には(14−(0.4×
E))×1016個/cm2 以下でなければならない。こ
れらの値以上のNイオンを照射すると、基材1の表面に
WN結晶が生成される。このWN結晶を含む層は機械的
に脆い性質を有するため、被膜層2の剥離を誘発する可
能性が高くなる。
Further, in the step of cleaning the base material 1, the number of N ions irradiated on the surface of the base material 1 is (4+ (0.23) when the ion acceleration voltage is E and E ≦ 16 keV. × E)) × 10 16 pieces / cm 2 or less, and E> 16 keV (14− (0.4 ×
E)) × 10 16 pieces / cm 2 or less. Irradiation with N ions above these values produces WN crystals on the surface of the substrate 1. Since the layer containing the WN crystal has a mechanically brittle property, the peeling of the coating layer 2 is likely to occur.

【0048】上記のようにして、金型の基材1表面に付
着または吸着した汚染物質をイオンスパッタして取り除
く。これにより、被膜層2の基材1への付着力を高める
ことが可能になる。
As described above, the contaminants attached or adsorbed on the surface of the base material 1 of the mold are removed by ion sputtering. This makes it possible to increase the adhesion of the coating layer 2 to the base material 1.

【0049】次に、るつぼ11(図2参照)内に収容さ
れたTiからなる蒸着材料12を電子ビーム13を用い
て加熱および蒸発させる。これにより、基材1の表面に
蒸着材料12を堆積させる。これと同時に、上記したと
同様の方法でNイオンを生成および加速し、基材1の表
面に照射する。これにより、基材1上にTi2 Nおよび
TiN結晶からなる硬質の被膜層2を形成する。
Next, the vapor deposition material 12 made of Ti contained in the crucible 11 (see FIG. 2) is heated and evaporated by using the electron beam 13. Thereby, the vapor deposition material 12 is deposited on the surface of the base material 1. At the same time, N ions are generated and accelerated by the same method as described above, and the surface of the substrate 1 is irradiated with the N ions. As a result, the hard coating layer 2 made of Ti 2 N and TiN crystals is formed on the base material 1.

【0050】このとき、成膜初期の少なくとも膜厚70
nmに達するまでの間は、Tiを基材1表面に0.1〜
5nm/secの速度で蒸着する。それと同時に、5〜
100keVの加速電圧で加速されたNイオンを、イオ
ン加速電圧をEとおいたときに、227−(1.33×
E)μA/cm2 以下のイオン電流密度で照射する必要
がある。なお、蒸着速度を0.1〜5nm/secの範
囲内に設定するのは以下の理由による。すなわち、蒸着
速度を0.1nm/sec以下とすると真空槽5内に浮
遊する不純物元素の被膜層2内への巻込み割合が高くな
り、所望の特性を有する被膜層2の形成が困難になる。
また、蒸着速度を5nm/sec以上とすると、Ti2
NおよびTiN結晶を生成するためにNイオンを大きい
イオン電流密度で照射する必要が生じる。このため、基
材1の昇温が顕著となり、その結果金型(基材1)の寸
法精度を保つことが困難になるという問題を引き起こ
す。したがって、蒸着速度は0.1〜5nm/secの
範囲内が好ましい。
At this time, at least the film thickness 70 at the initial stage of film formation
0.1 to 0.1 nm of Ti on the surface of the substrate 1
Deposition is performed at a speed of 5 nm / sec. At the same time, 5
When the ion acceleration voltage is set to E and the N ion accelerated by the acceleration voltage of 100 keV is set to 227- (1.33x
E) It is necessary to irradiate with an ion current density of μA / cm 2 or less. The vapor deposition rate is set within the range of 0.1 to 5 nm / sec for the following reason. That is, when the deposition rate is 0.1 nm / sec or less, the rate of inclusion of the impurity element floating in the vacuum chamber 5 into the coating layer 2 becomes high, and it becomes difficult to form the coating layer 2 having desired characteristics. .
Further, if the deposition rate is 5 nm / sec or more, Ti 2
It is necessary to irradiate N ions with a high ion current density to produce N and TiN crystals. Therefore, the temperature rise of the base material 1 becomes remarkable, and as a result, it becomes difficult to maintain the dimensional accuracy of the mold (base material 1). Therefore, the vapor deposition rate is preferably within the range of 0.1 to 5 nm / sec.

【0051】また、イオンの加速電圧を5〜100ke
Vの範囲内に設定するのは以下の理由による。すなわ
ち、イオンの加速電圧が5keV以下の場合にはイオン
の基材1内への押し込み効果が十分でなくなるために被
膜層2の付着力を高めるのに不可欠な第1傾斜組成層3
および第2傾斜組成層4を十分厚く形成することが不可
能になる。また、イオンの加速電圧が100keV以上
の場合には基材1の昇温が顕著になることから金型(基
材1)の寸法精度を保つことが困難になる。したがっ
て、加速電圧は5〜100keVの範囲内に設定するこ
とのが好ましい。
Further, the ion acceleration voltage is set to 5 to 100 ke
The reason for setting it within the range of V is as follows. That is, when the accelerating voltage of the ions is 5 keV or less, the effect of pushing the ions into the base material 1 becomes insufficient, so that the first graded composition layer 3 which is indispensable for increasing the adhesive force of the coating layer 2
And it becomes impossible to form the second gradient composition layer 4 sufficiently thick. Further, when the ion acceleration voltage is 100 keV or more, the temperature rise of the base material 1 becomes remarkable, so that it becomes difficult to maintain the dimensional accuracy of the mold (base material 1). Therefore, it is preferable to set the accelerating voltage within the range of 5 to 100 keV.

【0052】さらに、イオン電流密度を227−(1.
33×E)μA/cm2 以下に設定するのは、次のよう
な理由による。すなわち、イオン電流密度を227−
(1.33×E)μA/cm2 以上でNイオンを照射す
ると、基材1表面にWN結晶が生成し、被膜層2の剥離
が起こりやすくなる。したがって、イオン電流密度は2
27−(1.33×E)μA/cm2 以下であるのが好
ましい。
Further, the ion current density is set to 227- (1.
The reason why it is set to 33 × E) μA / cm 2 or less is as follows. That is, the ion current density is
When N ions are irradiated at (1.33 × E) μA / cm 2 or more, WN crystals are generated on the surface of the substrate 1 and the coating layer 2 is easily peeled off. Therefore, the ion current density is 2
It is preferably 27- (1.33 × E) μA / cm 2 or less.

【0053】また、十分に厚い第1傾斜組成層3および
第2傾斜組成層4を形成するために、成膜開始直後から
少なくとも膜厚70nmに達するまでの間において、成
膜速度を0nm/secから所定の成膜速度まで徐々に
上げていくことが望ましい。
In order to form the sufficiently thick first graded composition layer 3 and second graded composition layer 4, the film formation rate is 0 nm / sec immediately after the start of film formation until at least the film thickness reaches 70 nm. It is desirable to gradually increase from the above to a predetermined film forming speed.

【0054】上記のようにして成膜初期の膜形成を実施
することによって、基材1と被膜層2との界面にその合
計の厚みが30nm以上である第1傾斜組成層3および
第2傾斜組成層4を作り込むことができる。これによ
り、極めて強靱な付着力を有する被膜層2を形成するこ
とが可能になる。
By performing the film formation at the initial stage of film formation as described above, the first graded composition layer 3 and the second graded composition layer 3 having a total thickness of 30 nm or more are formed at the interface between the base material 1 and the coating layer 2. The composition layer 4 can be built in. As a result, it becomes possible to form the coating layer 2 having an extremely strong adhesive force.

【0055】その後、たとえば、Tiの蒸着速度1nm
/sec、Nイオン加速電圧30keV、イオン電流密
度300μA/cm2 で被膜層2が所望の厚さになるま
で膜形成を行なう。これにより、Ti2 NおよびTiN
の混晶からなるビッカース硬さ2600程度の硬質被膜
層2を形成する。
Thereafter, for example, the deposition rate of Ti is 1 nm.
/ Sec, N ion accelerating voltage of 30 keV, and ion current density of 300 μA / cm 2 until the coating layer 2 has a desired thickness. This enables Ti 2 N and TiN
The hard coating layer 2 having a Vickers hardness of about 2600 is formed from the mixed crystal of.

【0056】なお、上記実施例では、Tiからなる蒸着
材料12の蒸着に電子ビーム銃13を使用する方法を示
したが、他の方法を用いてもよい。たとえば、フィラメ
ント加熱による真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプ
レーティング法、Tiをクラスタイオン化させるイオン
ガンを用いる方法などを利用してもよい。
In the above embodiment, the electron beam gun 13 is used for vapor deposition of the vapor deposition material 12 made of Ti, but other methods may be used. For example, a vacuum vapor deposition method by filament heating, a sputter vapor deposition method, an ion plating method, a method using an ion gun for ionizing Ti into clusters, or the like may be used.

【0057】また、上記実施例では、イオン化ガスにN
2 の100%ガスを使用する場合を示したが、たとえば
2 ガスにArなどの不活性ガスを含む混合ガスを使用
しても同様の効果が得られる。この場合、N2 ガスと不
活性ガスとの比率は、N2 :不活性ガス=50〜100
%:50〜0%が好ましい。
In the above embodiment, the ionized gas is N 2
Although the case where 100% gas of 2 is used is shown, the same effect can be obtained by using a mixed gas containing an inert gas such as Ar for N 2 gas. In this case, the ratio of N 2 gas and inert gas is N 2 : inert gas = 50-100.
%: 50 to 0% is preferable.

【0058】さらに、上記実施例では、成膜に先立って
基板1表面に付着または吸着している汚染物質をイオン
スパッタして取り除く工程において、イオンガスとして
2ガスを用いる場合について説明したが、本発明はこ
れに限らず、イオン化ガスとしてArなどの不活性ガス
を用いてもよい。このように不活性ガスを用いれば、W
N結晶の生成を回避することができる。また、イオン化
ガスとしてN2 ガスまたはArなどの不活性ガスに、た
とえばH2 ガスなどの還元性を有するガスを混合したも
のを用いれば、高い清浄度を有する基材1表面をより短
時間のうちに得ることが可能となり、生産性を向上させ
ることができる。
Further, in the above embodiment, the case where N 2 gas is used as the ion gas in the step of removing the contaminants adhering to or adsorbing to the surface of the substrate 1 by ion sputtering prior to film formation has been described. The present invention is not limited to this, and an inert gas such as Ar may be used as the ionized gas. If an inert gas is used in this way, W
Generation of N crystals can be avoided. Further, when an inert gas such as N 2 gas or Ar mixed with a reducing gas such as H 2 gas is used as the ionized gas, the surface of the base material 1 having high cleanliness can be treated in a shorter time. It is possible to obtain it in time, and productivity can be improved.

【0059】上記のような製造方法によって、図1に示
した第1実施例のプレス金型が形成される。
By the manufacturing method as described above, the press die of the first embodiment shown in FIG. 1 is formed.

【0060】図3は本発明の第2実施例によるモールド
金型の材料構造を示した断面図である。図3を参照し
て、この第2実施例では、基材1がAlまたはAl合金
によって形成されている。基材1の表面上に接触するよ
うに第1傾斜組成層3が形成されている。第1傾斜組成
層3上には第1被膜層14が形成されており、第1被膜
層14上には第2傾斜組成層4が形成されている。第2
傾斜組成層4上には第2被膜層15が形成されている。
FIG. 3 is a sectional view showing the material structure of a molding die according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIG. 3, in the second embodiment, the base material 1 is made of Al or Al alloy. The first gradient composition layer 3 is formed so as to contact the surface of the base material 1. A first coating layer 14 is formed on the first gradient composition layer 3, and a second gradient composition layer 4 is formed on the first coating layer 14. Second
A second coating layer 15 is formed on the gradient composition layer 4.

【0061】第1被膜層14はAlNからなり、第2被
膜層15は窒化チタンからなる。第1傾斜組成層3はA
lとNとが互いに逆の濃度勾配を有するような組成を有
している。第2傾斜組成層4は、AlとTi,Nとが互
いに逆の濃度勾配を有するような組成を有している。
The first coating layer 14 is made of AlN and the second coating layer 15 is made of titanium nitride. The first graded composition layer 3 is A
The composition is such that l and N have opposite concentration gradients. The second graded composition layer 4 has a composition such that Al and Ti and N have opposite concentration gradients.

【0062】次に、図3を参照して、第2実施例のモー
ルド金型の製造方法について説明する。この第2実施例
の基材1に用いているAlやAl合金は、鉄鋼材料や超
硬合金と比較すると遙かに機械加工が容易である。これ
により、金型の製作時間および加工費の大幅な低減をも
たらすことができる。また、熱伝導率が高いことからモ
ールド時間の短縮を図ることができるという特徴点を有
する。具体的な製造方法としては、まず、基材1として
準備したAl材に対し切削・研削・研磨などの機械加工
を施す。これにより、要求精度を満たす所望の形状に基
材1を仕上げる。このとき、被膜層2の局部的な摩耗や
剥離を回避すると同時にモールド製品の金型からの良好
な離形性を確保するために、金型表面の表面粗さを0.
5μm以下に仕上げておくことが好ましい。その後、ア
セトン超音波洗浄などによって金型表面の加工粉や加工
油分を除去する。その後、速やかに成膜用真空槽内に基
材1を収納する。
Next, with reference to FIG. 3, a method of manufacturing the molding die of the second embodiment will be described. The Al or Al alloy used for the base material 1 of the second embodiment is much easier to machine than the steel material and the cemented carbide. As a result, it is possible to significantly reduce the manufacturing time and processing cost of the mold. Further, it has a feature that the molding time can be shortened due to its high thermal conductivity. As a specific manufacturing method, first, the Al material prepared as the base material 1 is subjected to machining such as cutting, grinding and polishing. As a result, the base material 1 is finished into a desired shape that satisfies the required accuracy. At this time, in order to avoid local abrasion and peeling of the coating layer 2 and at the same time ensure good releasability of the molded product from the mold, the surface roughness of the mold surface is set to 0.
It is preferable to finish it to 5 μm or less. After that, the processed powder and the processed oil content on the mold surface are removed by acetone ultrasonic cleaning or the like. After that, the substrate 1 is quickly stored in the film forming vacuum chamber.

【0063】次に、上記した第1実施例のプレス金型の
製造方法と同様の方法を用いて、基材1表面に付着また
は吸着している汚染物質をイオンスパッタにより取り除
く。このときのイオン加速電圧は0.1〜20keVで
あることが望ましい。これは以下の理由による。すなわ
ち、加速電圧が0.1keV以下の場合にはイオンの基
板表面への堆積が顕著となりスパッタ効果は発揮されな
い。また、加速電圧が20keV以上の場合には基板1
の昇温が顕著になることから金型の寸法精度を保つこと
が困難になるとともに基材1の硬さが低下する。したが
って、加速電圧は0.1〜20keVであることが望ま
しい。
Next, the contaminants adhering to or adsorbing on the surface of the base material 1 are removed by ion sputtering using the same method as the method for manufacturing the press die of the first embodiment described above. The ion acceleration voltage at this time is preferably 0.1 to 20 keV. This is for the following reason. That is, when the accelerating voltage is 0.1 keV or less, the deposition of ions on the surface of the substrate becomes remarkable and the sputtering effect is not exhibited. If the acceleration voltage is 20 keV or more, the substrate 1
Since the temperature rise is marked, it becomes difficult to maintain the dimensional accuracy of the mold, and the hardness of the substrate 1 decreases. Therefore, the acceleration voltage is preferably 0.1 to 20 keV.

【0064】さらに、照射イオン電流密度は1〜200
μA/cm2 の範囲内に設定することが望ましい。これ
は以下の理由による。すなわち、イオン電流密度が1μ
A/cm2 以下のときには、イオンによるスパッタ速度
は極めて遅く実用的でない。また、イオン電流密度が2
00μA/cm2 以上の場合には基材1の昇温が顕著に
なることから金型の寸法精度を保つことが困難になると
ともに基材1の硬さが低下する。したがって、照射イオ
ン電流密度は1〜200μA/cm2 であることが望ま
しい。
Further, the irradiation ion current density is 1 to 200.
It is desirable to set it within the range of μA / cm 2 . This is for the following reason. That is, the ion current density is 1μ
When it is less than A / cm 2 , the ion sputter rate is too slow to be practical. Also, the ion current density is 2
When the value is 00 μA / cm 2 or more, the temperature rise of the base material 1 becomes remarkable, so that it becomes difficult to maintain the dimensional accuracy of the mold and the hardness of the base material 1 decreases. Therefore, the irradiation ion current density is preferably 1 to 200 μA / cm 2 .

【0065】次に、るつぼ11(図2参照)内に収容さ
れたAlからなる蒸着材料12を電子ビーム銃13を使
って加熱蒸発させる。これにより、基材1の表面にその
蒸着材料12を堆積させる。これと同時に、前述と同様
の方法でNイオンを生成および加速し、基材1の表面に
照射する。これにより、基材1上にAlNからなる硬質
の被膜層2を形成する。
Next, the vapor deposition material 12 made of Al contained in the crucible 11 (see FIG. 2) is heated and evaporated by using the electron beam gun 13. As a result, the vapor deposition material 12 is deposited on the surface of the base material 1. At the same time, N ions are generated and accelerated by the same method as described above, and the surface of the substrate 1 is irradiated with the N ions. As a result, the hard coating layer 2 made of AlN is formed on the base material 1.

【0066】このとき、成膜初期の少なくとも膜厚25
nmに達するまでの間は、Alを基材1表面に0.1〜
3nm/secの速度で蒸着すると同時に、5〜50k
eVの加速電圧で加速されたNイオンを、イオン加速電
圧Eとおいたときに160−(1.4×E)μA/cm
2 以下のイオン電流密度で照射する。蒸着速度を0.1
〜3nm/secにするのは、以下の理由による。すな
わち、蒸着速度を0.1nm/sec以下にすると真空
槽5内に浮遊する不純物元素の第1被膜層14内への巻
込み割合が高くなる。また、蒸着速度を3nm/sec
以上とすると、AlN結晶を生成するためにNイオンを
大きいイオン電流密度で照射する必要が生じ、その結果
基材1の昇温が顕著になり、金型の寸法精度や基材1の
硬さを保つのが困難になる。したがって、蒸着速度は
0.1〜3nm/secの範囲内であることが好まし
い。
At this time, the film thickness is at least 25 at the initial stage of film formation.
0.1 to 0.1 nm of Al on the surface of the base material 1
5 to 50k at the same time as vapor deposition at a rate of 3nm / sec
When the N ions accelerated by the acceleration voltage of eV are set to the ion acceleration voltage E, 160− (1.4 × E) μA / cm
Irradiate with an ion current density of 2 or less. Vapor deposition rate is 0.1
The reason for setting ˜3 nm / sec is as follows. That is, when the deposition rate is set to 0.1 nm / sec or less, the rate of inclusion of the impurity element floating in the vacuum chamber 5 into the first coating layer 14 increases. Also, the deposition rate is 3 nm / sec.
With the above, it is necessary to irradiate N ions with a large ion current density in order to generate AlN crystals, and as a result, the temperature rise of the base material 1 becomes remarkable, and the dimensional accuracy of the mold and the hardness of the base material 1 are increased. Will be difficult to keep. Therefore, the vapor deposition rate is preferably within the range of 0.1 to 3 nm / sec.

【0067】イオン加速電圧を5〜50keVにするの
は以下の理由による。すなわち、イオンの加速電圧が5
keV以下の場合にはイオンの基材1内への押し込み効
果が十分でなくなるために第1被膜層14の付着力を高
めるのに不可欠な第1傾斜組成層3を十分厚く形成する
ことが不可能になる。また、イオンの加速電圧が50k
eV以上の場合であってイオン電流密度が160−
(1.4×E)μA/cm 2 でNイオンを照射する場合
には、基材1の昇温が顕著となり、金型の寸法精度を保
つことが困難になるとともに基材1の硬さが低下する。
したがって、イオン加速電圧は5〜50keVにするこ
とが好ましく、またイオン電流密度は160−(1.4
×E)μA/cm2 以下にする必要がある。
The ion acceleration voltage is set to 5 to 50 keV.
Is due to the following reasons. That is, the acceleration voltage of ions is 5
In the case of keV or less, the effect of pushing ions into the base material 1
Since the fruit is not sufficient, the adhesion of the first coating layer 14 is increased.
Forming the first graded composition layer 3 which is indispensable
Becomes impossible. Also, the ion acceleration voltage is 50k.
In the case of eV or more, the ion current density is 160-
(1.4 × E) μA / cm 2When irradiating N ions with
In this case, the temperature rise of the substrate 1 becomes remarkable and the dimensional accuracy of the mold is maintained.
And the hardness of the substrate 1 decreases.
Therefore, the ion acceleration voltage should be 5 to 50 keV.
And the ion current density is 160- (1.4
× E) μA / cm2Must be:

【0068】なお、十分に厚い第1傾斜組成層3を形成
するために、成膜開始直後から少なくとも膜厚25nm
に達するまでの間においては、成膜速度を0nm/se
cから所定の成膜速度まで徐々に上げていくことが望ま
しい。
In order to form the sufficiently thick first gradient composition layer 3, the film thickness is at least 25 nm immediately after the start of film formation.
Up to 0 nm / se.
It is desirable to gradually increase from c to a predetermined film formation rate.

【0069】その後、たとえば、Alの蒸着速度が0.
5nm/sec、Nイオン加速電圧が20keV、イオ
ン電流密度が110μA/cm2 で、5〜15nm程度
の厚みを有するAlNからなる第1被膜層14を形成す
る。
After that, for example, when the deposition rate of Al is 0.
The first coating layer 14 made of AlN having a thickness of about 5 to 15 nm is formed with 5 nm / sec, an N ion acceleration voltage of 20 keV, an ion current density of 110 μA / cm 2 .

【0070】上記のようにして基材1と第1被膜層14
との界面に、AlとNとが互いに逆の濃度勾配を有する
第1傾斜組成層3を作り込むことができ、基材1と第1
被膜層14との極めて強靱な付着力を得ることができ
る。
As described above, the substrate 1 and the first coating layer 14
A first graded composition layer 3 having a concentration gradient in which Al and N are opposite to each other can be formed at the interface between the substrate 1 and the first
It is possible to obtain an extremely strong adhesion to the coating layer 14.

【0071】次に、るつぼ11(図2参照)内に収容さ
れたTiからなる蒸着材料12を電子ビーム銃13を使
って加熱および蒸発させる。これにより、第1被膜層1
4の表面に蒸着材料12を堆積させる。これと同時に、
前述と同様の方法で、Nイオンを生成および加速し、第
1被膜層14の表面に照射する。これにより、第1被膜
層14上にTi2 NおよびTiN結晶からなる硬質の第
2被膜層15を形成する。
Next, the vapor deposition material 12 made of Ti contained in the crucible 11 (see FIG. 2) is heated and evaporated by using the electron beam gun 13. Thereby, the first coating layer 1
The vapor deposition material 12 is deposited on the surface of 4. At the same time,
In the same manner as described above, N ions are generated and accelerated, and the surface of the first coating layer 14 is irradiated. Thus, the hard second coating layer 15 made of Ti 2 N and TiN crystals is formed on the first coating layer 14.

【0072】このとき、成膜初期の少なくとも膜厚30
nmに達するまでの間は、Tiを第1被膜層14表面に
0.1〜3nm/secの速度で蒸着すると同時に、5
〜50keVの加速電圧で加速されたNイオンを、イオ
ン加速電圧をEとおいたとき、190−(1.33×
E)μA/cm2 以下のイオン電流密度で照射する。こ
こで、蒸着速度を0.1〜3nm/secの範囲に設定
するのは、以下の理由による。すなわち、蒸着速度を
0.1nm/sec以下とすると真空槽5内に浮遊する
不純物元素の第2被膜層15内への巻込み割合が高くな
る。また、蒸着速度を3nm/sec以上とすると、T
2 NおよびTiN結晶を生成するためにNイオンを大
きいイオン電流密度で照射する必要が生じ、基材1の昇
温が顕著となることから金型の寸法精度や基材1の硬さ
を保つことが困難になる。したがって、蒸着速度は0.
1〜3nm/secの範囲内で設定するのが望ましい。
At this time, the film thickness is at least 30 at the initial stage of film formation.
Ti is vapor-deposited on the surface of the first coating layer 14 at a rate of 0.1 to 3 nm / sec until 5 nm is reached.
When the ion acceleration voltage is set to E and the N ion accelerated by the acceleration voltage of -50 keV is set to 190- (1.33x
E) Irradiation with an ion current density of μA / cm 2 or less. Here, the vapor deposition rate is set in the range of 0.1 to 3 nm / sec for the following reason. That is, when the deposition rate is 0.1 nm / sec or less, the ratio of the impurity element floating in the vacuum chamber 5 into the second coating layer 15 increases. If the deposition rate is 3 nm / sec or more, T
In order to generate i 2 N and TiN crystals, it is necessary to irradiate N ions with a large ion current density, and the temperature rise of the base material 1 becomes remarkable, so that the dimensional accuracy of the mold and the hardness of the base material 1 are improved. It will be difficult to keep. Therefore, the deposition rate is 0.
It is desirable to set within the range of 1 to 3 nm / sec.

【0073】また、イオンの加速電圧を5〜50keV
に設定し、イオン電流密度を190−(1.33×E)
μA/cm2 以下にするのは次のような理由による。す
なわち、イオンの加速電圧が5keV以下の場合には、
イオンの第1被膜層14内への押し込み効果が十分でな
くなるために第2被膜層15の付着力を高めるために不
可欠な第2傾斜組成層4を厚く形成することが不可能に
なる。また、イオンの加速電圧が50keV以上で、イ
オン電流密度が190−(1.33×E)μA/cm2
以上でNイオンを照射した場合には、基材1の昇温が顕
著になり金型の寸法精度を保つことが困難になるととも
に基材1の硬さが低下する。
Further, the acceleration voltage of ions is set to 5 to 50 keV.
And set the ion current density to 190- (1.33 × E)
The reason why the value is μA / cm 2 or less is as follows. That is, when the acceleration voltage of ions is 5 keV or less,
Since the effect of pushing ions into the first coating layer 14 becomes insufficient, it becomes impossible to form the second graded composition layer 4, which is indispensable for increasing the adhesive force of the second coating layer 15, to be thick. Further, when the ion accelerating voltage is 50 keV or more, the ion current density is 190- (1.33 × E) μA / cm 2.
When N ions are irradiated as described above, the temperature rise of the base material 1 becomes remarkable, it becomes difficult to maintain the dimensional accuracy of the mold, and the hardness of the base material 1 decreases.

【0074】なお、十分に厚い第2傾斜組成層4を形成
するためには、成膜開始直後から少なくとも膜厚30n
mに達するまでの間において、成膜速度を0nm/se
cから所定の成膜速度まで徐々に上げていくことが望ま
しい。
In order to form the sufficiently thick second graded composition layer 4, at least a film thickness of 30 n is obtained immediately after the film formation is started.
until the film thickness reaches m, the deposition rate is 0 nm / se
It is desirable to gradually increase from c to a predetermined film formation rate.

【0075】上記のようにして、第1被膜層14と第2
被膜層15との界面に、AlとTiとが互いに逆の濃度
勾配を有する第2傾斜組成層4を作り込むことができ、
第1被膜層14と第2被膜層15との間の付着力を極め
て強靱なものにすることができる。
As described above, the first coating layer 14 and the second coating layer 14
At the interface with the coating layer 15, the second gradient composition layer 4 in which Al and Ti have opposite concentration gradients can be formed,
The adhesion between the first coating layer 14 and the second coating layer 15 can be made extremely strong.

【0076】その後、たとえばTiの蒸着速度が0.8
nm/sec、Nイオンの加速電圧が20keV、イオ
ン電流密度が200μA/cm2 で膜形成を行なう。こ
れにより、Ti2 NおよびTiNの混晶からなるビッカ
ース硬さ2600程度の所望の厚さを有する第2被膜層
15を形成する。上記のようにして図3に示した第2実
施例のモールド金型が完成される。この第2実施例のモ
ールド金型の製造方法によれば、金型の寸法精度やAl
からなる基材1の性質を損なうことなく、表面に大きな
硬さを有する剥離の起こりにくい第2被膜層15を備え
たモールド金型を製造することができる。
After that, for example, the deposition rate of Ti is 0.8.
The film is formed at nm / sec, N ion acceleration voltage of 20 keV, and ion current density of 200 μA / cm 2 . As a result, the second coating layer 15 made of a mixed crystal of Ti 2 N and TiN and having a desired thickness of Vickers hardness of about 2600 is formed. As described above, the molding die of the second embodiment shown in FIG. 3 is completed. According to the method for manufacturing a mold according to the second embodiment, the dimensional accuracy of the mold and the Al
It is possible to manufacture a molding die provided with the second coating layer 15 having a large hardness on the surface and hardly peeling off without deteriorating the properties of the base material 1 made of.

【0077】図4は、本発明の第3実施例による金型の
材料構造を示した断面図である。図4を参照して、この
第3実施例による金型では、AlまたはAl合金からな
る基材1上にAl2 3 からなる第1被膜層14、Ti
Oからなる第2被膜層15、Ti2 NとTiNとの混合
相からなる第3被膜層16とが順次形成されている。基
材1と第1被膜層14との間には、AlとOとが互いに
逆の濃度勾配を有する第1傾斜組成層3が形成されてい
る。第1被膜層14と第2被膜層15との間には、Al
とTiとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜組成層
4が形成されている。第2被膜層15と第3被膜層16
との間には、OとNとが互いに逆の濃度勾配を有する第
3傾斜組成層17が形成されている。
FIG. 4 is a sectional view showing the material structure of a die according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, in the mold according to the third embodiment, the first coating layer 14 made of Al 2 O 3 and Ti are formed on the base material 1 made of Al or Al alloy.
A second coating layer 15 made of O and a third coating layer 16 made of a mixed phase of Ti 2 N and TiN are sequentially formed. A first graded composition layer 3 having a concentration gradient of Al and O opposite to each other is formed between the substrate 1 and the first coating layer 14. Al is formed between the first coating layer 14 and the second coating layer 15.
And Ti have a second gradient composition layer 4 having concentration gradients opposite to each other. Second coating layer 15 and third coating layer 16
A third graded composition layer 17 having a concentration gradient in which O and N are opposite to each other is formed between and.

【0078】次に、図4を参照して、この第3実施例の
金型の製造方法について説明する。まず、上記実施例2
の金型の製造方法と同様の方法を用いて、基材1の表面
に付着または吸着している汚染物質をイオンスパッタに
より取り除く。次に、第1傾斜組成層3とAl2 3
らなる第1被膜層14を形成する。この第1傾斜組成層
3と第1被膜層14との形成は、上述した第2実施例の
第1傾斜組成層3および第1被膜層14の形成プロセス
において、照射するイオンをNイオンではなくOイオン
に変えるだけで容易に製造することができる。その後引
続いて、第2傾斜組成層4とTiOからなる第2被膜層
15とを形成する。この第2傾斜組成層4と第2被膜層
15の形成は、上述した第2実施例の第1傾斜組成層3
および第1被膜層14の形成プロセスにおいて照射する
イオンをNイオンではなくOイオンに変更するとともに
蒸着する材料をAlからTiに変更することによって容
易に製造することができる。そして最後に、第3傾斜組
成層17とTi2 NとTiNとの混合相からなる第3被
膜層16とを形成する。この第3傾斜組成層17と第3
被膜層16の形成は、上述した第2実施例の第2傾斜組
成層4および第2被膜層15(図3参照)の形成プロセ
スと全く同一のプロセスで製造する。
Next, with reference to FIG. 4, a method of manufacturing the mold of the third embodiment will be described. First, the above-mentioned Example 2
By using a method similar to the method for manufacturing the mold of (1), contaminants adhering to or adsorbing on the surface of the base material 1 are removed by ion sputtering. Next, the first coating layer 14 composed of the first graded composition layer 3 and Al 2 O 3 is formed. The formation of the first graded composition layer 3 and the first coating layer 14 is carried out in the formation process of the first graded composition layer 3 and the first coating layer 14 of the second embodiment described above, in which the irradiation ions are not N ions. It can be easily manufactured only by changing to O ions. Then, subsequently, the second graded composition layer 4 and the second coating layer 15 made of TiO 2 are formed. The formation of the second graded composition layer 4 and the second coating layer 15 is performed by forming the first graded composition layer 3 of the second embodiment described above.
Also, it can be easily manufactured by changing the irradiation ions to O ions instead of N ions in the process of forming the first coating layer 14 and changing the material to be evaporated from Al to Ti. Finally, the third gradient composition layer 17 and the third coating layer 16 made of a mixed phase of Ti 2 N and TiN are formed. The third gradient composition layer 17 and the third
The coating layer 16 is manufactured by the same process as the formation process of the second gradient composition layer 4 and the second coating layer 15 (see FIG. 3) of the second embodiment.

【0079】上記のようにして、図4に示した第3実施
例の金型が完成される。この第3実施例の金型の製造方
法では、金型の寸法精度やAlからなる基材1の性質を
損なうことなく、大きな硬さを有する剥離の起こらない
第3被膜層16を備えた金型を製造することができる。
したがって、優れた耐久性を有する樹脂モールド加工に
用いるAl金型を得ることができる。
As described above, the mold of the third embodiment shown in FIG. 4 is completed. In the method of manufacturing the mold of the third embodiment, the metal having the third coating layer 16 having a large hardness and having no peeling does not deteriorate the dimensional accuracy of the mold and the property of the base material 1 made of Al. The mold can be manufactured.
Therefore, it is possible to obtain an Al mold used for resin molding having excellent durability.

【0080】図5は、本発明の第4実施例による打抜き
加工用プレス金型の切刃部近傍を示した断面図である。
図5を参照して、この第4実施例では、被加工物に接す
る切刃エッジ部18が、10μm程度の曲率半径を有し
ている。これにより、基材1の工具面19と切刃側面2
0とは切刃エッジ部18において滑らかに連続するよう
な形状になる。また、切刃エッジ部18と工具面19と
切刃側面20の表面には硬質の被膜層2が形成されてい
る。
FIG. 5 is a sectional view showing the vicinity of a cutting edge portion of a punching press die according to a fourth embodiment of the present invention.
With reference to FIG. 5, in the fourth embodiment, the cutting edge portion 18 in contact with the workpiece has a radius of curvature of about 10 μm. As a result, the tool surface 19 of the base material 1 and the cutting edge side surface 2
The shape of 0 is such that the cutting edge portion 18 smoothly continues. A hard coating layer 2 is formed on the surfaces of the cutting edge portion 18, the tool surface 19 and the cutting blade side surface 20.

【0081】次に、図5を参照して、第4実施例の加工
用プレス金型の製造方法について説明する。まず、超硬
合金からなる基材1を準備する。そして、基材1に対
し、切削,研削,研磨などの機械加工を施す。これによ
り、要求精度を満たす所望の形状を有する基材1を仕上
げる。このとき、プレス加工時における被加工物材料の
焼き付きや基材1のチッピング(欠け)を抑制するとと
もに被膜層2の局部的な摩耗や剥離を回避するために、
被加工物と接する部分の金型表面の表面粗さは1μm以
下に仕上げるのが望ましい。
Next, with reference to FIG. 5, a method of manufacturing the working press die of the fourth embodiment will be described. First, the base material 1 made of cemented carbide is prepared. Then, the base material 1 is subjected to machining such as cutting, grinding and polishing. As a result, the base material 1 having a desired shape that satisfies the required accuracy is finished. At this time, in order to suppress seizure of the material to be processed and chipping (chipping) of the base material 1 at the time of press working and to avoid local abrasion or peeling of the coating layer 2,
It is desirable that the surface roughness of the surface of the mold that is in contact with the workpiece be finished to 1 μm or less.

【0082】次に、洗浄により所望形状に仕上がった基
材1表面の加工粉や加工油分を除去する。その後、速や
かにイオンビームエッチング用真空槽内に基材1を収納
する。このとき、洗浄が不十分であると、油分の蒸散に
より真空槽の真空引きが困難になったり、切刃エッジ部
18上の異物が次工程のイオンビーム加工を阻害すると
いう問題が生じるので、アセトンなどを使用した超音波
洗浄を行なうのが望ましい。
Next, the processing powder and processing oil on the surface of the base material 1 finished in a desired shape by cleaning are removed. After that, the substrate 1 is immediately stored in the ion beam etching vacuum chamber. At this time, if the cleaning is insufficient, there arises a problem that it is difficult to evacuate the vacuum chamber due to the evaporation of oil and foreign matter on the cutting edge portion 18 hinders the ion beam processing in the next step. It is desirable to perform ultrasonic cleaning using acetone or the like.

【0083】次に、真空槽内を5×10-6Torr以上
の真空度まで排気した後、バケット型イオン源などを用
いて、Alなどの不活性ガスをイオン化する。その後、
10keVの電界を用いてそのイオン化した不活性ガス
を加速し、切刃エッジ部18を含む部分に照射する。切
刃エッジ部18が10μm程度の曲率半径を有するよう
な形状になるまでイオンビームエッチングを続ける。こ
のときの加速電圧は、100V〜30keVであること
が望ましい。これは次のような理由による。すなわち、
加速電圧が100V以下の場合にはイオンの基板表面へ
の堆積が顕著となりスパッタ効果はあまり発揮されな
い。また、加速電圧が30keV以上の場合にはイオン
の注入現象が活発になることからイオンによるスパッタ
効果は低くなる。したがって、いずれの場合にも切刃エ
ッジ部18の加工は長時間を要することになる。このよ
うな理由から加速電圧は100V〜30keVであるこ
とが望ましい。このイオンビームエッチング加工は、平
面部分よりもエッジ部分の方が除去されやすいという特
徴がある。したがって、工具面19および切刃側面20
の損傷を軽微なものとしつつ切刃エッジ部18に丸みを
持たせることが可能である。
Next, after the inside of the vacuum chamber is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 -6 Torr or more, an inert gas such as Al is ionized using a bucket type ion source or the like. afterwards,
The ionized inert gas is accelerated using an electric field of 10 keV, and the portion including the cutting edge portion 18 is irradiated. Ion beam etching is continued until the cutting edge portion 18 has a shape having a radius of curvature of about 10 μm. The acceleration voltage at this time is preferably 100 V to 30 keV. This is for the following reasons. That is,
When the accelerating voltage is 100 V or less, the deposition of ions on the surface of the substrate becomes remarkable and the sputtering effect is not exerted so much. Further, when the acceleration voltage is 30 keV or more, the ion implantation phenomenon becomes active and the sputtering effect by the ions becomes low. Therefore, in either case, it takes a long time to process the cutting edge portion 18. For this reason, the acceleration voltage is preferably 100V to 30keV. This ion beam etching process is characterized in that the edge portion is more easily removed than the flat portion. Therefore, the tool surface 19 and the cutting edge side surface 20
It is possible to make the cutting edge portion 18 rounded while minimizing the damage of the cutting edge portion 18.

【0084】次に、第1実施例の金型の製造方法で説明
したと同様の方法を用いて、切刃エッジ部18と工具面
19と切刃側面20の表面上に、Ti2 NとTiNとの
混合相からなる被膜層2を形成する。このようにして、
高付着力を有する硬質の被膜層2が形成される。この第
4実施例では、プレス金型が被加工材料の打抜き加工に
用いられる際に最も大きな応力を受ける切刃エッジ部1
8に予め曲率を設けることによって、打抜き加工時に切
刃エッジ部18に発生する最大集中応力の値を曲率を設
けない場合よりも小さくすることができる。これによ
り、被膜層2の剥離や基材1のチッピングを有効に防止
することができる。その結果、被膜層2の寿命を飛躍的
に向上させることができ、プレス金型の耐摩耗性と信頼
性を飛躍的に改善することができる。
Next, using the same method as that described in the method of manufacturing the mold of the first embodiment, Ti 2 N was formed on the surfaces of the cutting edge portion 18, the tool surface 19 and the cutting blade side surface 20. A coating layer 2 made of a mixed phase with TiN is formed. In this way
A hard coating layer 2 having high adhesion is formed. In the fourth embodiment, the cutting edge portion 1 that receives the greatest stress when the press die is used for punching the material to be processed.
By providing curvature in advance in No. 8, the value of the maximum concentrated stress generated in the cutting edge portion 18 during punching can be made smaller than in the case where no curvature is provided. Thereby, peeling of the coating layer 2 and chipping of the base material 1 can be effectively prevented. As a result, the life of the coating layer 2 can be dramatically improved, and the wear resistance and reliability of the press die can be dramatically improved.

【0085】なお、上記した第4実施例の製造方法で
は、切刃エッジ部18への丸み付け加工の際に真空中で
イオンビームエッチングを行なう方法を示したが、本発
明はこれに限らず、弗素系ガスや塩素系ガスなどの反応
性ガス雰囲気中でイオンビームエッチングを行なっても
よい。この場合には、より短時間で所望の加工を完了す
ることができる。
In the manufacturing method of the fourth embodiment described above, a method of performing ion beam etching in vacuum at the time of rounding the cutting edge portion 18 has been shown, but the present invention is not limited to this. Ion beam etching may be performed in a reactive gas atmosphere such as a fluorine-based gas or a chlorine-based gas. In this case, the desired processing can be completed in a shorter time.

【0086】また、上記した切刃エッジ部18への丸み
付け加工を湿式エッチング法または電解研磨法などの化
学的除去加工法を用いてもよい。この方法によれば、短
時間の間により多くの金型を一括して所望形状に加工す
ることができる。さらに、超硬合金の基材1を研磨など
によって仕上げる際に、切刃エッジ部18の丸み付け加
工を行なってもよい。このようにすれば、簡便かつ安価
に丸み付け加工をすることができる。
As the rounding process for the cutting edge portion 18, the chemical removal process method such as a wet etching method or an electrolytic polishing method may be used. According to this method, more dies can be collectively processed into a desired shape in a short time. Further, when the cemented carbide base material 1 is finished by polishing or the like, the cutting edge portion 18 may be rounded. With this, the rounding process can be performed easily and inexpensively.

【0087】また、上記第4実施例では、打抜き加工用
プレス金型の切刃部を長寿命化する場合について説明し
たが、本発明はこれに限らず、硬質充填材を含有する樹
脂材料のモールド金型においてランナ内のモールド樹脂
材料の分岐部分と、スプールとランナ,ランナとゲー
ト,ゲートとキャビティの各境界部分とに存在するエッ
ジ部の長寿命化に関しても適用可能である。
In the fourth embodiment described above, the case where the cutting blade of the punching die has a long service life has been described. However, the present invention is not limited to this, and a resin material containing a hard filler is used. It can also be applied to prolong the service life of the edge portions existing in the branch portion of the mold resin material in the runner and the boundary portions of the spool and runner, the runner and the gate, and the gate and the cavity in the molding die.

【0088】図6は、本発明の第5実施例による打抜き
加工用プレス金型の切刃部近傍を示した断面図である。
図6を参照して、この第5実施例では、切刃エッジ部1
8に傾斜面21が形成されている。そしてその傾斜面2
1の一方の端部と切刃側面20の端部とが鈍角に交わる
ように接続されている。また、傾斜面21の他方の端部
と工具面19の一方の端部とが鈍角で交わるように接続
されている。より詳しくは、傾斜面21は、その法線が
工具面19の法線と40〜80度の角度をなすような形
状を有している。そして、このような傾斜面21、工具
面19および切刃側面20の表面上に硬質の被膜層2が
形成されている。このように構成することによっても、
上記した第4実施例と同様に、被膜層2の剥離や基板1
のチッピング(欠け)を有効に防止することができる。
FIG. 6 is a sectional view showing the vicinity of the cutting edge portion of the punching press die according to the fifth embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 6, in the fifth embodiment, the cutting edge portion 1
An inclined surface 21 is formed at 8. And its slope 2
One end of 1 and the end of the cutting edge side surface 20 are connected so as to intersect at an obtuse angle. Further, the other end of the inclined surface 21 and one end of the tool surface 19 are connected to each other at an obtuse angle. More specifically, the inclined surface 21 has a shape such that its normal line forms an angle of 40 to 80 degrees with the normal line of the tool surface 19. The hard coating layer 2 is formed on the surfaces of the inclined surface 21, the tool surface 19 and the cutting edge side surface 20. Even with this configuration,
Similar to the fourth embodiment described above, peeling of the coating layer 2 and the substrate 1
It is possible to effectively prevent chipping.

【0089】図7は、本発明の第6実施例による打抜き
加工用プレス金型の切刃部近傍を示した断面図である。
図7を参照して、この第6実施例では、工具面19に近
いほど工具面19となす法線角度が小さい複数の傾斜面
211 〜21n によって、工具面19と切刃側面20と
がつながる形状を有している。複数の傾斜面211 〜2
n の互いに隣接するものの法線角度は、90度を傾斜
面の数に1を足した値で除した角度の0.8〜1.25
倍である。このような形状を有する傾斜面21 1 〜21
n と切刃側面20と工具面19との表面上に被膜層2が
形成されている。この第6実施例ではこのように構成す
ることによって、上記した第4実施例および第5実施例
と同様に、被膜層2の剥離や基材1のチッピング(欠
け)を有効に防止することができる。
FIG. 7 shows punching according to a sixth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which showed the cutting blade part vicinity of the press die for processing.
With reference to FIG. 7, in the sixth embodiment, the tool surface 19 is
Plural inclined surfaces whose angle of normal to the tool surface 19 is small
211~ 21nThe tool surface 19 and the cutting edge side surface 20
It has a shape that connects. A plurality of inclined surfaces 211~ 2
1nNormal angles of those adjacent to each other, inclined 90 degrees
0.8 to 1.25 of the angle divided by the value obtained by adding 1 to the number of faces
Double. The inclined surface 21 having such a shape 1~ 21
nAnd the coating layer 2 on the surface of the cutting edge side surface 20 and the tool surface 19
Has been formed. In the sixth embodiment, the structure is as follows.
By doing so, the above-described fourth and fifth embodiments
Similarly, peeling of the coating layer 2 and chipping of the base material 1 (missing
Can be effectively prevented.

【0090】図8は、本発明の第7実施例による放電加
工またはワイヤカット加工を用いて作製した金型の材料
構造を示した断面図である。図8を参照して、この第7
実施例では、超硬合金からなる基材1の表面に、優れた
耐摩耗特性を付与するためのTi2 NとTiNとの混合
相からなる被膜層2が形成されている。
FIG. 8 is a sectional view showing the material structure of a die manufactured by using electric discharge machining or wire cutting according to the seventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, this seventh
In the example, a coating layer 2 made of a mixed phase of Ti 2 N and TiN for imparting excellent wear resistance is formed on the surface of a base material 1 made of cemented carbide.

【0091】次に、図8を参照して、第7実施例の金型
の製造方法について説明する。まず、放電加工またはワ
イヤカット加工によって作製された金型では、図12を
用いて説明した従来の構造のように、基材101の表面
に溶融再付着層132や加工変質層133が形成されて
いる。したがって、まず、放電加工やワイヤカット加工
により形成された金型を洗浄することにより、表面の加
工粉や加工油分、水分を完全に除去する。その後、速や
かに金型をイオンビームエッチング用真空槽内に収納す
る。なお、このとき、プレス加工時における被加工物材
料の焼き付きや基材1のチッピング(欠け)を抑制する
とともに被膜層2の局部的な摩耗や剥離を回避するため
に、被加工物に接する部分の金型表面の表面粗さを仕上
げ放電加工条件で1μm以下に仕上げておくのが望まし
い。また、洗浄が不十分であると、蒸散により真空槽の
真空引きが困難になったり、切刃エッジ部18上の異物
が次工程でのイオンビーム加工を阻害するという問題が
生じるので、アセトンなどを使用した超音波洗浄を行な
うのが望ましい。
Next, with reference to FIG. 8, a method of manufacturing the mold of the seventh embodiment will be described. First, in a die manufactured by electric discharge machining or wire cutting, a melt reattachment layer 132 and a work-affected layer 133 are formed on the surface of the base material 101 as in the conventional structure described with reference to FIG. There is. Therefore, first, the die formed by the electric discharge machining or the wire cutting machining is washed to completely remove the machining powder, machining oil and water on the surface. After that, the mold is immediately stored in the ion beam etching vacuum chamber. At this time, in order to suppress seizure of the material to be processed and chipping (chipping) of the base material 1 at the time of press working, and to avoid local abrasion or peeling of the coating layer 2, a portion contacting the workpiece It is desirable to finish the surface roughness of the mold surface to 1 μm or less under the finish electric discharge machining condition. Further, if the cleaning is insufficient, problems such as difficulty in evacuation of the vacuum chamber due to transpiration and foreign substances on the cutting edge portion 18 hindering ion beam processing in the next step occur. It is desirable to carry out ultrasonic cleaning using.

【0092】次に、真空槽内を5×10-6Torr以上
の真空度にまで排気する。その後、バケット型イオン源
などを用いて、Arなどの不活性ガスをイオン化した
後、そのイオン化した不活性ガスを10keVの電界を
用いて加速する。そして、その加速した不活性ガスを放
電加工またはワイヤカット加工が施された切刃部分また
は被加工物との摺動部分に照射することによって、溶融
再付着層132(図12参照)をイオンビームエッチン
グにより除去する。このときのイオン照射条件は、前述
した第4実施例の場合と同じである。
Next, the inside of the vacuum chamber is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 -6 Torr or more. After that, an inert gas such as Ar is ionized by using a bucket type ion source or the like, and then the ionized inert gas is accelerated by using an electric field of 10 keV. Then, the accelerated inert gas is applied to the cutting edge portion subjected to the electric discharge machining or the wire cutting processing or the sliding portion with respect to the workpiece, so that the molten re-deposition layer 132 (see FIG. 12) is irradiated with the ion beam. Remove by etching. The ion irradiation conditions at this time are the same as in the case of the fourth embodiment described above.

【0093】次に、第1実施例の金型の製造方法と同様
の製造方法を用いて、溶融再付着層132(図12参
照)が除去された基材1(図8参照)表面にTi2 Nと
TiNとの混合相からなる被膜層2を形成する。上記の
ような製造方法を用いることによって、金型使用時に被
膜層2が溶融再付着層132(図12参照)とともに基
材1から容易に剥離してしまうという問題を回避するこ
とができる。これにより、硬質の被膜層2の付着力を極
めて強靱なものとすることができ、放電加工により形状
加工がなされた金型の耐久性を著しく改善することがで
きる。
Next, using the same manufacturing method as the mold manufacturing method of the first embodiment, Ti is formed on the surface of the base material 1 (see FIG. 8) from which the melt redeposition layer 132 (see FIG. 12) has been removed. A coating layer 2 composed of a mixed phase of 2 N and TiN is formed. By using the manufacturing method as described above, it is possible to avoid the problem that the coating layer 2 is easily separated from the base material 1 together with the melt redeposition layer 132 (see FIG. 12) when the mold is used. As a result, the adhesive force of the hard coating layer 2 can be made extremely strong, and the durability of the die that has been shape-processed by electrical discharge machining can be significantly improved.

【0094】なお、上記した製造方法では、溶融再付着
層132(図12参照)の除去に、真空中でイオンビー
ムエッチングを施す方法を示したが、弗素系ガスや塩素
系ガスなどの反応性ガス雰囲気中でイオンビームエッチ
ングを行なってもよい。この場合には、より短時間で所
望の加工を完了することができる。また、湿式エッチン
グ法や電解研磨法などの化学的除去加工法を用いてもよ
い。この場合には、短時間のうちにより多くの金型を一
括して加工することができる。
In the manufacturing method described above, the ion beam etching is performed in vacuum to remove the melt redeposition layer 132 (see FIG. 12). However, the reactivity of fluorine-based gas or chlorine-based gas is used. Ion beam etching may be performed in a gas atmosphere. In this case, the desired processing can be completed in a shorter time. Alternatively, a chemical removal processing method such as a wet etching method or an electrolytic polishing method may be used. In this case, a larger number of molds can be collectively processed in a short time.

【0095】なお、上記の製造方法では、溶融再付着層
132のみを除去した後、被膜層2を形成する方法を示
したが、溶融再付着層132に加えて加工変質層133
(図12参照)をも除去した後に被膜層2を形成するよ
うにすれば、より大きな抗折力を有する金型を得ること
ができる。
In the above manufacturing method, the method of forming the coating layer 2 after removing only the melt reattachment layer 132 has been described. However, in addition to the melt reattachment layer 132, the work-affected layer 133 is formed.
If the coating layer 2 is formed after also removing (see FIG. 12), a mold having a larger transverse rupture strength can be obtained.

【0096】[0096]

【発明の効果】請求項1および2に記載の加工用部材に
よれば、基材と被膜層との間に被膜層の構成元素の少な
くとも1元素と基材の構成元素とを含む第1傾斜組成層
を形成し、その第1傾斜組成層と被膜層との間に被膜層
のすべての構成元素と基材の構成元素とを含む第2傾斜
組成層を形成し、その第1傾斜組成層の厚みと第2傾斜
組成層の厚みとの和が30nm以上になるように構成す
ることによって、金型基材と被膜層との間に剥離の原因
となる明瞭な界面を形成することなく、極めて強靱な付
着力を有する被膜層を形成することができ、長期信頼性
に優れた加工用部材を得ることができる。また、上記し
た被膜層を1層以上からなるとともにその最下層の被膜
層をTi2 N,TiN,およびTi2 NとTiNとの混
合相からなるグループより選ばれた1つの材料によって
構成し、第1傾斜組成層を基材の構成元素とN原子とが
互いに逆の濃度勾配を有するように構成するとともに、
第2傾斜組成層を基材の構成元素とN,Ti原子とが互
いに逆の濃度勾配を有するように構成すれば、優れた耐
摩耗性を有する被膜層をあたかも基材と一体化している
かのごとく形成することができ、耐摩耗性に優れた長寿
命を有する加工用部材を得ることができる。
According to the processing member of the first and second aspects, the first gradient containing at least one constituent element of the coating layer and the constituent element of the base material between the base material and the coating layer. A composition layer is formed, and a second graded composition layer containing all the constituent elements of the coating layer and the constituent elements of the base material is formed between the first graded composition layer and the coating layer, and the first graded composition layer And the thickness of the second gradient composition layer are 30 nm or more, without forming a clear interface between the mold base material and the coating layer, which causes peeling, A coating layer having an extremely strong adhesive force can be formed, and a processing member excellent in long-term reliability can be obtained. Further, the above-mentioned coating layer is composed of one or more layers, and the lowermost coating layer is composed of one material selected from the group consisting of Ti 2 N, TiN, and a mixed phase of Ti 2 N and TiN, The first gradient composition layer is configured such that the constituent elements of the base material and the N atoms have opposite concentration gradients,
If the second graded composition layer is configured such that the constituent elements of the base material and the N and Ti atoms have mutually opposite concentration gradients, it is as if the coating layer having excellent wear resistance is integrated with the base material. It can be formed as described above, and a processing member having excellent wear resistance and long life can be obtained.

【0097】請求項3に記載の加工用部材によれば、A
lを含む基材とAlNを含む第1被膜層との間に少なく
ともAlとNとが互いに逆の濃度勾配を有する第1傾斜
組成層を形成し、第1被膜層とTi2 N,TiN,およ
びTi2 NとTiNとの混合相からなるグループより選
ばれた1つの材料からなる第2被膜層との間にAlとT
i,Nとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜組成層
を形成することによって、基材と第2被膜層とを第1被
膜層を挟む第1および第2の傾斜組成層によってより強
靱に接合することができる。これにより、耐久性に優れ
たAlまたはAl合金からなる加工用部材を得ることが
できる。
According to the processing member of claim 3, A
a first gradient composition layer having a concentration gradient in which at least Al and N are opposite to each other between the base material containing 1 and the first coating layer containing AlN, and the first coating layer and Ti 2 N, TiN, And Al and T between the second coating layer made of one material selected from the group consisting of mixed phases of Ti 2 N and TiN.
By forming a second gradient composition layer in which i and N have concentration gradients opposite to each other, the first and second gradient composition layers sandwiching the first coating layer between the base material and the second coating layer are stronger. Can be joined to. This makes it possible to obtain a processing member made of Al or an Al alloy having excellent durability.

【0098】請求項4に記載の加工用部材によれば、A
lを含む基材とAl2 3 を含む第1被膜層との間にA
lとOとが互いに逆の濃度勾配を有する第1傾斜組成層
を形成し、第1被膜層とTiOを含む第2被膜層との間
にAlとTiとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜
組成層を形成し、第2被膜層とTi2 N,TiN,およ
びTi2 NとTiNとの混合相からなるグループより選
ばれた1つの材料よりなる第3被膜層との間にOとNと
が互いに逆の濃度勾配を有する第3傾斜組成層を形成す
ることによって、優れた耐摩耗性を有する最表層の第3
被膜層をあたかも基材と一体化しているかのように形成
することができ、耐摩耗性に優れ長寿命を有するAlま
たはAl合金からなる加工用部材を得ることができる。
According to the processing member of the fourth aspect, A
between the base material containing 1 and the first coating layer containing Al 2 O 3.
l and O form a first gradient composition layer having concentration gradients opposite to each other, and Al and Ti have a concentration gradient opposite to each other between the first coating layer and the second coating layer containing TiO. to form a 2 graded composition layer, O between the second coating layer and the Ti 2 N, TiN, and Ti 2 N and a third coating layer made of one material selected from the group consisting of mixed phases of TiN By forming a third graded composition layer in which N and N have opposite concentration gradients, the third outermost layer having excellent wear resistance is formed.
The coating layer can be formed as if it were integrated with the substrate, and a processing member made of Al or Al alloy having excellent wear resistance and long life can be obtained.

【0099】請求項5に記載の加工用部材によれば、超
硬合金からなる基材と周期律表第3族〜第6族および第
8族の元素からなるグループより選ばれた1つの元素の
窒化物を含む被膜層との間に、W,C原子と上記した被
膜層を構成する金属原子,N原子とが互いに逆の濃度勾
配を有する傾斜組成層を形成するとともに、その傾斜組
成層がWN結晶を含まないように構成することによっ
て、基材と被膜層との間に膜剥離を誘引する脆性結晶を
含む層や明瞭な界面を形成することなく極めて強靱な付
着力を有する被膜層を形成することができ、長期信頼性
に優れた超硬合金からなる加工用部材を得ることができ
る。
According to the processing member of claim 5, one element selected from the group consisting of a base material made of cemented carbide and elements of groups 3 to 6 and 8 of the periodic table. Forming a gradient composition layer having a concentration gradient in which W and C atoms and the metal atoms and N atoms constituting the coating layer are opposite to each other, and the gradient composition layer. By containing no WN crystals, a layer containing brittle crystals that induces film peeling between the base material and the coating layer, or a coating layer having extremely strong adhesion without forming a clear interface. Can be formed, and a processing member made of a cemented carbide having excellent long-term reliability can be obtained.

【0100】請求項6に記載の加工用部材によれば、切
刃側エッジ面を5〜100μmの曲率半径を有するよう
に形成するとともに少なくともその切刃エッジ面に硬化
処理を施すことによって、打抜き加工時に被膜層の剥離
や基材のチッピング(欠け)を防止することができ、プ
レス金型および工具などの加工用部材の耐摩耗性と信頼
性を飛躍的に改善することができる。
According to the machining member of claim 6, the cutting edge side edge surface is formed so as to have a radius of curvature of 5 to 100 μm, and at least the cutting edge edge surface is subjected to a hardening treatment, thereby punching. It is possible to prevent peeling of the coating layer and chipping (chipping) of the base material during processing, and it is possible to dramatically improve the wear resistance and reliability of processing members such as a press die and a tool.

【0101】請求項7に記載の加工用部材によれば、切
刃側面と切刃エッジ面,工具面と切刃エッジ面がそれぞ
れ鈍角で交わるように構成するとともに少なくとも切刃
エッジ面に硬化処理を施すことによって、上記した請求
項6の発明と同様、打抜き加工時に被膜層の剥離や基材
のチッピング(欠け)を有効に防止することができる。
According to the machining member of claim 7, the cutting edge side surface and the cutting edge edge surface, the tool surface and the cutting edge edge surface intersect at an obtuse angle, and at least the cutting edge surface is hardened. By applying the above, peeling of the coating layer and chipping (chipped) of the base material can be effectively prevented during punching, as in the case of the above-mentioned invention of claim 6.

【0102】請求項8に記載の加工用部材の製造方法に
よれば、真空中において基材表面に窒化物を構成する金
属元素を少なくとも70nmの膜厚に達するまで0.1
〜5nm/secの速度で蒸着すると同時に、基材表面
にエネルギE=5〜100keVを有する窒素イオンを
イオン電流密度I<227−(1.33×E)μA/c
2 で照射することによって、基材と被膜層との間で膜
剥離の原因となるWN結晶の発生を有効に抑制すること
ができ、基材と被膜層との界面の信頼性に極めて優れた
超硬合金からなる加工用部材を容易に製造することがで
きる。
According to the manufacturing method of the working member of the eighth aspect, the metal element forming the nitride on the surface of the base material is vacuumed to a thickness of at least 70 nm in a vacuum of 0.1.
At the same time as vapor deposition at a rate of ˜5 nm / sec, nitrogen ions having energy E = 5 to 100 keV are ion current density I <227− (1.33 × E) μA / c on the surface of the base material.
By irradiating with m 2 , it is possible to effectively suppress the generation of WN crystals that cause film peeling between the base material and the coating layer, and the reliability of the interface between the base material and the coating layer is extremely excellent. It is possible to easily manufacture a processing member made of cemented carbide.

【0103】請求項9に記載の加工用部材の製造方法に
よれば、真空中において基材表面にエネルギE=0.1
〜35keVを有する少なくとも窒素を含むイオンを1
〜300μA/cm2 のイオン電流密度でエネルギE≦
16keVの場合には照射窒素イオン量D=(4+
(0.23×E))×1016個/cm2 以下、エネルギ
E>16keVの場合には照射窒素イオン量D=(14
−(0.4×E))×10 16個/cm2 以下だけ照射
し、その後、被膜層を形成することによって、基材と被
膜層との間で膜剥離の原因となるWN結晶の発生を抑制
しつつ、基材表面の不純物を除去することができ、超硬
合金基材と被膜層との密着力を極めて高くすることがで
きる。
In the manufacturing method of the processing member according to claim 9,
Therefore, the energy E = 0.1 on the surface of the base material in vacuum.
1 at least nitrogen-containing ions having ˜35 keV
~ 300μA / cm2Energy at the ion current density of
In the case of 16 keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (4+
(0.23 × E)) × 1016Pieces / cm2Below, energy
When E> 16 keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (14
− (0.4 × E)) × 10 16Pieces / cm2Irradiate only below
Then, by forming a coating layer,
Suppresses the generation of WN crystals that cause film peeling from the film layer
While removing impurities on the surface of the substrate,
The adhesion between the alloy base material and the coating layer can be made extremely high.
Wear.

【0104】請求項10に記載の加工用部材の製造方法
によれば、真空中において基材表面にエネルギE=0.
1〜35keVを有する不活性元素イオンを1〜300
μA/cm2 のイオン電流密度で5×1013〜1×10
17個/cm2 照射し、その後真空中において基材表面に
窒化物を構成する金属元素を0.1〜5nm/secの
速度で蒸着すると同時に基材表面にエネルギE=5〜1
00keVを有する窒素イオンをイオン電流密度I<2
27−(1.33×E)μA/cm2 で照射することに
よって、基材と被膜層との間で膜剥離の原因となる脆性
結晶の発生を抑制しつつ基材表面の不純物を除去するこ
とができ、極めて強靱な付着力を有する硬質被膜層を形
成できる。これにより、長寿命を有する超硬合金からな
る加工用部材を容易に製造することができる。
According to the manufacturing method of the processing member of the tenth aspect, the energy E = 0.
1 to 300 inert element ions having 1 to 35 keV
5 × 10 13 to 1 × 10 at ion current density of μA / cm 2
17 elements / cm 2 are irradiated, and then a metal element forming a nitride is vapor-deposited on the surface of the base material at a rate of 0.1 to 5 nm / sec in a vacuum, and at the same time, energy E = 5-1 on the surface of the base material.
Ion current density I <2 for nitrogen ions having 00 keV
Irradiation at 27- (1.33 × E) μA / cm 2 removes impurities on the surface of the base material while suppressing the generation of brittle crystals that cause film peeling between the base material and the coating layer. It is possible to form a hard coating layer having extremely strong adhesion. This makes it possible to easily manufacture a processing member made of cemented carbide having a long life.

【0105】請求項11に記載の加工用部材の製造方法
によれば、エッジ部をその曲率半径が5〜100μmに
なるように加工するとともに少なくともそのエッジ部上
に耐摩耗層を形成することによって、打抜き加工時に被
膜層の剥離や基材のチッピング(欠け)を有効に防止し
得る加工用部材を容易に製造することができる。
According to the manufacturing method of the working member described in claim 11, the edge portion is processed so that the radius of curvature thereof is 5 to 100 μm, and at least the wear resistant layer is formed on the edge portion. Further, it is possible to easily manufacture a processing member capable of effectively preventing the peeling of the coating layer and the chipping (chipping) of the substrate during the punching process.

【0106】請求項12に記載の加工用部材の製造方法
によれば、エッジ部をエッジを挟む2つの面がエッジ部
表面と鈍角で交わるような形状に加工し、少なくともエ
ッジ部上に耐摩耗層を形成することによって、請求項1
1の加工用部材の製造方法と同様に、打抜き加工時に被
膜層の剥離や基材のチッピング(欠け)を有効に防止し
得る加工用部材を容易に製造することができる。
According to the method of manufacturing a working member described in claim 12, the edge portion is processed into a shape in which two surfaces sandwiching the edge intersect with the surface of the edge portion at an obtuse angle, and at least the edge portion is wear-resistant. A method according to claim 1 by forming a layer.
Similar to the manufacturing method of the processing member of 1, it is possible to easily manufacture the processing member capable of effectively preventing the peeling of the coating layer and the chipping (chip) of the base material during the punching process.

【0107】請求項13に記載の加工用部材の製造方法
によれば、加工面上の少なくとも溶融再付着層を除去
し、その後加工面上に耐摩耗層を形成することによっ
て、基材と被膜層との間で膜剥離の原因となる層が存在
せず、基材と被膜層との界面の信頼性に極めて優れた加
工用部材を製造することができる。
According to the manufacturing method of the working member of the thirteenth aspect, at least the molten redeposited layer on the worked surface is removed, and then an abrasion resistant layer is formed on the worked surface, whereby the base material and the coating film are formed. Since there is no layer that causes film peeling between the layers, it is possible to manufacture a processing member having extremely excellent reliability at the interface between the base material and the coating layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例による金型の材料構造を示
した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a material structure of a mold according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した第1実施例の金型の製造に用いる
成膜装置を示した断面構造図である。
2 is a sectional structural view showing a film forming apparatus used for manufacturing the mold of the first embodiment shown in FIG.

【図3】本発明の第2実施例による金型の材料構造を示
した断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a material structure of a mold according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例による金型の材料構造を示
した断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a material structure of a mold according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4実施例によるプレス金型の形状と
材料構造を示した断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing the shape and material structure of a press die according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5実施例によるプレス金型の形状と
材料構造を示した断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing the shape and material structure of a press die according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6実施例によるプレス金型の形状と
材料構造を示した断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing the shape and material structure of a press die according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第7実施例による金型の材料構造を示
した断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a material structure of a mold according to a seventh embodiment of the present invention.

【図9】従来の成膜装置の断面構成図である。FIG. 9 is a cross-sectional configuration diagram of a conventional film forming apparatus.

【図10】従来の成膜法により形成された金型の材料構
造を示した断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a material structure of a mold formed by a conventional film forming method.

【図11】従来のプレス金型の形状を示した断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the shape of a conventional press die.

【図12】従来の放電加工部の材料構造を示した断面図
である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a material structure of a conventional electric discharge machined portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基材 2:被膜層 3:第1傾斜組成層 4:第2傾斜組成層 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 1: Base material 2: Coating layer 3: First graded composition layer 4: Second graded composition layer In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主表面を有する基材と、 前記基材の主表面上に形成された被膜層と、 前記基材と前記被膜層との間に位置し、前記基材の主表
面上に接触して形成され、前記被膜層の構成元素の少な
くとも1元素と前記基材の構成元素とを含む第1傾斜組
成層と、 前記第1傾斜組成層と前記被膜層との間に位置し、前記
被膜層のすべての構成元素と前記基材の構成元素とを含
む第2傾斜組成層とを備え、 前記第1傾斜組成層の厚みと前記第2傾斜組成層の厚み
との和が30nm以上である、加工用部材。
1. A base material having a main surface, a coating layer formed on the main surface of the base material, located between the base material and the coating layer, and on the main surface of the base material. Formed in contact with each other, the first graded composition layer containing at least one element of the constituent elements of the coating layer and the constituent element of the base material, and located between the first graded composition layer and the coating layer, A second graded composition layer including all the constituent elements of the coating layer and a constituent element of the base material, wherein the sum of the thickness of the first graded composition layer and the thickness of the second graded composition layer is 30 nm or more. Is a processing member.
【請求項2】 前記被膜層は1層以上の層からなるとと
もに、その最下層の被膜層がTi2 N,TiN,および
Ti2 NとTiNとの混合相からなるグループより選ば
れた1つの材料からなり、 前記第1傾斜組成層は、前記基材の構成元素とN原子と
が互いに逆の濃度勾配を有しており、 前記第2傾斜組成層は、前記基材の構成元素とN,Ti
原子とが互いに逆の濃度勾配を有している、請求項1に
記載の加工用部材。
Wherein said coating layer together with consists of one or more layers, the outermost layer of the coating layer is Ti 2 N, TiN, and Ti 2 N and TiN and a mixed phase composed groups than selected one of The first graded composition layer has a concentration gradient in which the constituent elements of the base material and N atoms are opposite to each other, and the second graded composition layer includes the constituent element of the base material and N atoms. , Ti
The processing member according to claim 1, wherein the atoms and the atoms have opposite concentration gradients.
【請求項3】 主表面を有し、Alを含む基材と、 前記基材の主表面上に形成されたAlNを含む第1被膜
層と、 前記第1被膜層上に形成され、Ti2 N,TiN,およ
びTi2 NとTiNとの混合相からなるグループより選
ばれた1つの材料からなる第2被膜層と、 前記基材と前記第1被膜層との間に位置し、少なくとも
AlとNとが互いに逆の濃度勾配を有する第1傾斜組成
層と、 前記第1被膜層と前記第2被膜層との間に位置し、Al
とTi,Nとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜組
成層とを備えた、加工用部材。
3. A base material having a main surface and containing Al, a first coating layer containing AlN formed on the main surface of the base material, and a Ti 2 layer formed on the first coating layer. A second coating layer made of one material selected from the group consisting of N, TiN, and a mixed phase of Ti 2 N and TiN, and located between the base material and the first coating layer, and at least Al And N are located between the first coating layer and the second coating layer, and the first gradient composition layer has a concentration gradient opposite to each other.
And a second gradient composition layer in which Ti and N have concentration gradients opposite to each other, a processing member.
【請求項4】 主表面を有し、Alを含む基材と、 前記基材の主表面上に形成されたAl2 3 を含む第1
被膜層と、 前記第1被膜層上に形成されたTiOを含む第2被膜層
と、 前記第2被膜層上に形成され、Ti2 N,TiN,およ
びTi2 NとTiNとの混合相からなるグループより選
ばれた1つの材料よりなる第3被膜層と、 前記基材と前記第1被膜層との間に形成され、AlとO
とが互いに逆の濃度勾配を有する第1傾斜組成層と、 前記第1被膜層と前記第2被膜層との間に形成され、A
lとTiとが互いに逆の濃度勾配を有する第2傾斜組成
層と、 前記第2被膜層と前記第3被膜層との間に形成され、O
とNとが互いに逆の濃度勾配を有する第3傾斜組成層と
を備えた、加工用部材。
4. A base material having a main surface and containing Al, and a first base material containing Al 2 O 3 formed on the main surface of the base material.
A coating layer, a second coating layer containing TiO 2 formed on the first coating layer, Ti 2 N, TiN, and a mixed phase of Ti 2 N and TiN formed on the second coating layer. A third coating layer made of one material selected from the group consisting of: Al and O formed between the base material and the first coating layer;
Is formed between the first coating layer and the second coating layer, the first gradient composition layer having a concentration gradient opposite to each other, and A
1 and Ti are formed between a second gradient composition layer having concentration gradients opposite to each other, and the second coating layer and the third coating layer, and O
And a third gradient composition layer in which N has a concentration gradient opposite to each other, a processing member.
【請求項5】 主表面を有し、超硬合金からなる基材
と、 前記基材の主表面上に形成され、周期律表第3族〜第6
族および第8族の元素からなるグループより選ばれた1
つの元素の窒化物を含む被膜層と、 前記基材と前記被膜層との間に形成され、W,C原子
と、前記被膜層を構成する金属原子,N原子とが互いに
逆の濃度勾配を有する傾斜組成層とを備え、 前記傾斜組成層はWN結晶を含まない、加工用部材。
5. A base material having a main surface and made of a cemented carbide, and a base material formed on the main surface of the base material.
1 selected from the group consisting of Group 8 and Group 8 elements
Formed between the base material and the coating layer, the coating layer containing nitride of one element, and the W and C atoms and the metal atoms and N atoms constituting the coating layer have opposite concentration gradients. And a gradient composition layer having the gradient composition layer, the gradient composition layer containing no WN crystal.
【請求項6】 切刃側面と、 工具面と、 5〜100μmの曲率半径を有する切刃エッジ面とを備
え、 少なくとも前記切刃エッジ面には硬化処理がなされてい
る、加工用部材。
6. A working member comprising: a cutting edge side surface; a tool surface; and a cutting edge edge surface having a curvature radius of 5 to 100 μm, wherein at least the cutting edge edge surface is hardened.
【請求項7】 切刃側面と、 工具面と、 切刃エッジ面とを備え、 前記切刃側面と前記切刃エッジ面,前記工具面と前記切
刃エッジ面は、それぞれ鈍角で交わるとともに少なくと
も前記切刃エッジ面には硬化処理がなされている、加工
用部材。
7. A cutting edge side surface, a tool surface, and a cutting edge edge surface, wherein the cutting edge side surface and the cutting edge edge surface, and the tool surface and the cutting edge edge surface respectively intersect at an obtuse angle and at least A processing member in which the edge surface of the cutting edge is hardened.
【請求項8】 超硬合金からなる基材表面上に、周期律
表の第3族〜第6族および第8族からなるグループより
選ばれた1つの元素の窒化物を含む被膜層が形成された
加工用部材の製造方法であって、 真空中において前記基材表面に前記窒化物を構成する金
属元素を、少なくとも70nmの膜厚に達するまで、
0.1〜5nm/secの速度で蒸着する工程と、 前記蒸着する工程と同時に、前記基材表面にエネルギE
=5〜100keVを有する窒素イオンをイオン電流密
度I<227−(1.33×E)μA/cm2で照射す
る工程とを備えた、加工用部材の製造方法。
8. A coating layer containing a nitride of one element selected from the group consisting of Groups 3 to 6 and 8 of the periodic table is formed on the surface of a base material made of cemented carbide. The method for producing a processed member, wherein the metal element forming the nitride is added to the surface of the base material in vacuum until a film thickness of at least 70 nm is reached.
Energy E on the surface of the substrate at the same time as the step of depositing at a rate of 0.1 to 5 nm / sec;
= 5 to 100 keV, and a step of irradiating with nitrogen ions having an ion current density I <227- (1.33 x E) [mu] A / cm < 2 >.
【請求項9】 超硬合金からなる基材表面上に、周期律
表の第3族〜第6族および第8族からなるグループより
選ばれた1つの元素の窒化物を含む被膜層が形成された
加工用部材の製造方法であって、 真空中において前記基材表面に、エネルギE=0.1〜
35keVを有する少なくとも窒素を含むイオンを1〜
300μA/cm2 のイオン電流密度でエネルギE≦1
6keVの場合には照射窒素イオン量D=(4+(0.
23×E))×1016個/cm2 以下、エネルギE>1
6keVの場合には照射窒素イオン量D=(14−
(0.4×E))×1016個/cm2 以下だけ照射する
工程と、 その後、前記被膜層を形成する工程とを備えた、加工用
部材の製造方法。
9. A coating layer containing a nitride of one element selected from the group consisting of Groups 3 to 6 and Group 8 of the Periodic Table is formed on the surface of a base material made of cemented carbide. The manufacturing method of the processed member, wherein the energy E = 0.1 to the surface of the base material in vacuum.
1 to at least nitrogen-containing ions having 35 keV
Energy E ≦ 1 at an ion current density of 300 μA / cm 2.
In the case of 6 keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (4+ (0.
23 × E)) × 10 16 pieces / cm 2 or less, energy E> 1
In the case of 6 keV, the irradiation nitrogen ion amount D = (14−
(0.4 × E) × 10 16 pieces / cm 2 or less, and a method of manufacturing a member for processing, comprising a step of forming the coating layer.
【請求項10】 超硬合金からなる基材表面上に、周期
律表の第3族〜第6族および第8族からなるグループよ
り選ばれた1つの元素の窒化物を含む被膜層が形成され
た加工用部材の製造方法であって、 真空中において前記基材表面に、エネルギE=0.1〜
35keVを有する不活性元素イオンを1〜300μA
/cm2 のイオン電流密度で5×1013〜1×1017
/cm2 照射する工程と、 その後、真空中において前記基材表面に、前記窒化物を
構成する金属元素を0.1〜5nm/secの速度で蒸
着する工程と、 前記蒸着工程と同時に、前記基材表面にエネルギE=5
〜100keVを有する窒素イオンをイオン電流密度I
<227−(1.33×E)μA/cm2 で照射する工
程とを備えた、加工用部材の製造方法。
10. A coating layer containing a nitride of one element selected from the group consisting of Groups 3 to 6 and 8 of the Periodic Table is formed on the surface of a base material made of cemented carbide. The manufacturing method of the processed member, wherein the energy E = 0.1 to the surface of the base material in vacuum.
1 to 300 μA of inert element ion having 35 keV
Irradiation with 5 × 10 13 to 1 × 10 17 ions / cm 2 at an ion current density of / cm 2 , and then 0.1 to 0.1% of the metal element constituting the nitride on the surface of the base material in vacuum. The step of depositing at a rate of 5 nm / sec and the energy E = 5 on the surface of the substrate at the same time as the step of depositing.
Nitrogen ions having an ion current density I of ˜100 keV
<227- (1.33 x E) [mu] A / cm < 2 >.
【請求項11】 エッジ部を有する加工用部材の製造方
法であって、 前記エッジ部をその曲率半径が5〜100μmになるよ
うに加工する工程と、 少なくとも前記エッジ部上に耐摩耗層を形成する工程と
を備えた、加工用部材の製造方法。
11. A method of manufacturing a processing member having an edge portion, the step of processing the edge portion so that its radius of curvature is 5 to 100 μm, and forming a wear resistant layer on at least the edge portion. The manufacturing method of the member for processing provided with the process of performing.
【請求項12】 エッジ部を有する加工用部材の製造方
法であって、 前記エッジ部を、前記エッジ部を挟む2つの面が前記エ
ッジ部表面と鈍角で交わるような形状に加工する工程
と、 少なくとも前記エッジ部上に耐摩耗層を形成する工程と
を備えた、加工用部材の製造方法。
12. A method of manufacturing a processing member having an edge portion, the step of processing the edge portion into a shape such that two surfaces sandwiching the edge portion intersect the surface of the edge portion at an obtuse angle, And a step of forming a wear resistant layer on at least the edge portion.
【請求項13】 加工面上の少なくとも溶融再付着層を
除去する工程と、 その後、前記加工面上に耐摩耗層を形成する工程とを備
えた、加工用部材の製造方法。
13. A method for manufacturing a working member, comprising: a step of removing at least a molten redeposited layer on the worked surface; and a step of forming an abrasion resistant layer on the worked surface.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8500966B2 (en) 2002-03-14 2013-08-06 Kennametal Inc. Nanolayered coated cutting tool and method for making the same
JP2020175420A (en) * 2019-04-19 2020-10-29 株式会社小松精機工作所 Metal mold for punching, method for manufacture thereof, punching method and processed product

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