JPH08209331A - Member for diecasting and its production - Google Patents
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- JPH08209331A JPH08209331A JP29847895A JP29847895A JPH08209331A JP H08209331 A JPH08209331 A JP H08209331A JP 29847895 A JP29847895 A JP 29847895A JP 29847895 A JP29847895 A JP 29847895A JP H08209331 A JPH08209331 A JP H08209331A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイカスト用金型
やその部品、例えばプランジャースリーブ、プランジャ
ーチップ、中子ピンおよび湯口等の様に、溶融金属と接
触する部分に用いられるダイカスト用部材、およびその
様なダイカスト用部材を製造する為の有用な方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a die casting die and its parts, such as a die casting member used in a portion that comes into contact with molten metal, such as a plunger sleeve, a plunger tip, a core pin and a sprue. And a useful method for manufacturing such die casting components.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ダイカスト法は、溶融金属を加圧下で金
型内に噴射して成型する金型鋳造法の一種である。この
方法で溶融金属と接触する部分に用いられる前記各種の
ダイカスト用部材には、（ａ）溶融金属との接触による
溶損が発生しないこと、（ｂ）高温摺動条件下で摩耗が
発生しないこと、（ｃ）加熱冷却の熱サイクルの条件下
でヒートクラックが発生しないこと、等の特性が要求さ
れる。即ち、ダイカスト用部材は、耐溶損性、耐摩耗性
および耐熱サイクル性に優れていることが必要である。2. Description of the Related Art The die casting method is a type of die casting method in which molten metal is injected into a die under pressure to form a die. In the various die casting members used in the portion which comes into contact with the molten metal by this method, (a) no melt loss due to contact with the molten metal occurs, and (b) no wear occurs under high temperature sliding conditions. And (c) no heat cracks are generated under the condition of heat cycle of heating and cooling. That is, the die casting member is required to have excellent melting resistance, abrasion resistance and heat cycle resistance.
【０００３】ところでＡｌのダイカストプロセスで用い
られるダイカスト用部材としては、従来からＳＫＤ６１
に代表されるダイス鋼が用いられてきたが、近年では熱
伝導率が小さく溶融金属の保温性に優れることから、上
記ダイス鋼に代わってＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のＴｉ合金
も有望視される様になっている。しかしながら、このＴ
ｉ合金を用いた場合においても、耐溶損性および耐摩耗
性については十分な特性を有しているとは言えなかっ
た。By the way, as a die casting member used in the Al die casting process, SKD61 has hitherto been used.
However, in recent years, Ti alloys such as Ti-6Al-4V are also promising in place of the above-mentioned die steel because of their small thermal conductivity and excellent heat retention of molten metal. It has become like. However, this T
Even when the i alloy was used, it could not be said that the alloy had sufficient properties with respect to melting resistance and wear resistance.
【０００４】こうしたことから、特にＴｉ合金を母材と
したダイカスト用部材の特性を改善する為の各種の技術
も提案されている。例えば、特開昭６４−４４２５６号
には、窒化処理による窒化チタン皮膜や酸化処理による
酸化皮膜等を、母材表面上に形成する方法が提案されて
いる。また特開平４−２２４０６９号や同４−２５１６
５０号には、プランジャースリーブ等の部材の内側に、
ＴｉまたはＴｉ合金とセラミックスとの複合材料からな
る内筒を嵌入し、この内筒の内面に硼化処理によって硼
化チタン層を形成したり、ガス炭化法によって炭化チタ
ンを形成する等の方法が提案されている。更に、特開平
４−２２４０６７号には、Ｔｉ合金製のスリーブ内面
に、セラミックス含有率が内面側になるにつれて増加す
る様なＴｉ合金とセラミックスの複合材料からなる内筒
を挿入する方法が提案されている。For these reasons, various techniques have been proposed for improving the characteristics of die casting members using a Ti alloy as a base material. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-44256 proposes a method of forming a titanium nitride film by nitriding treatment, an oxide film by oxidization treatment, etc. on the surface of a base material. Further, JP-A-4-224069 and 4-2516
In No. 50, inside the member such as the plunger sleeve,
A method of inserting an inner cylinder made of a composite material of Ti or a Ti alloy and ceramics, and forming a titanium boride layer on the inner surface of the inner cylinder by boriding treatment, or forming titanium carbide by a gas carbonization method is known. Proposed. Further, JP-A-4-224067 proposes a method of inserting an inner cylinder made of a composite material of a Ti alloy and ceramics into the inner surface of a sleeve made of a Ti alloy so that the ceramic content increases as it goes to the inner surface side. ing.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記の様に、これまで
提案されてきた方法は、拡散処理によってＴｉ合金製母
材表面に被覆層を形成する表面処理法が主流を占めてい
るのである。そしてこれらの方法においては、各種元素
のＴｉ合金への拡散係数が小さいことから、９００℃を
超える様な高温での拡散処理を施すことが余儀なくされ
ている。例えば、前記特開昭６４−４４２５６号では、
窒化チタン皮膜を形成する際における窒化処理温度は９
３０℃である。また特開平４−２２４０６９号や同４−
２５１６５０号に記載された硼化処理（９２７℃）や炭
化処理（１０００℃）においても、いずれも処理温度は
９００℃を上回るものである。As described above, the mainstream of the methods proposed so far is the surface treatment method of forming a coating layer on the surface of a Ti alloy base material by diffusion treatment. In these methods, since the diffusion coefficient of various elements into the Ti alloy is small, it is unavoidable to perform the diffusion treatment at a high temperature exceeding 900 ° C. For example, in the above-mentioned JP-A-64-44256,
The nitriding temperature for forming the titanium nitride film is 9
It is 30 ° C. Further, JP-A-4-224069 and 4-
In the boration treatment (927 ° C.) and the carbonization treatment (1000 ° C.) described in No. 251650, the treatment temperature is more than 900 ° C.
【０００６】しかしながら、熱伝導率が小さくダイカス
ト用部材としての適用が有望視されている前記Ｔｉ−６
Ａｌ−４Ｖ合金では、結晶構造の変態点であるβ変態点
が純Ｔｉのβ変態点の９５０℃よりも低くなって８００
〜９００℃程度での温度領域にあり、９００℃を超える
様な温度範囲で熱処理を行なうと、部材の熱歪の発生や
強度低下が著しくなってしまう。従って、上記の様に９
００℃を超える温度範囲で熱処理したダイカスト用部材
は、スリーブ等の寸法精度が要求される部材には適用で
きないという問題がある。However, the Ti-6, which has a small thermal conductivity and is expected to be applied as a member for die casting, is expected.
In the Al-4V alloy, the β transformation point, which is the transformation point of the crystal structure, becomes lower than the β transformation point of pure Ti, which is 950 ° C.
If the heat treatment is performed in a temperature range of about 900 ° C. to a temperature exceeding 900 ° C., thermal distortion and strength reduction of the member become remarkable. Therefore, as described above, 9
There is a problem that a die casting member heat-treated in a temperature range exceeding 00 ° C cannot be applied to a member such as a sleeve that requires dimensional accuracy.
【０００７】一方、特開平４−２２４０６７号に開示さ
れた技術では、部材の熱歪の発生という問題は生じない
ものの、スリーブの構造が複雑になり、セラミックスを
使用することによる強度低下の問題がある。また構造が
複雑になることによって、コストが上昇するという問題
も生じる。On the other hand, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-224067, although the problem of thermal distortion of the member does not occur, the structure of the sleeve becomes complicated, and the problem of strength reduction due to the use of ceramics occurs. is there. In addition, the complicated structure causes a problem of increased cost.
【０００８】尚前記特開昭６４−４４２５６号には、９
００℃を超える様な温度範囲での熱処理に代わる方法と
して、スパッタリング法、イオンプレーティング法或は
イオン注入法の適用を示唆する記載も認められるが、蒸
発源からコーティング物質がコーティング面に直接的に
飛来するこれらの方法を適用して、スリーブや湯口等の
円筒状部材の内面に如何にして均一な皮膜を形成するこ
とまでを具体的に開示していない。またこれらの方法
で、どの様な皮膜を形成するかという点についても具体
的に記載されているとは言えない。The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 64-44256 discloses 9
Although there is a statement that suggests the application of a sputtering method, an ion plating method, or an ion implantation method as an alternative method to the heat treatment in the temperature range exceeding 00 ° C, the coating material is directly attached to the coating surface from the evaporation source. It does not specifically disclose how to form a uniform film on the inner surface of a cylindrical member such as a sleeve or a sprue by applying these methods described above. Further, it cannot be said that the specific coating film formed by these methods is specifically described.
【０００９】本発明はこうした従来技術における技術的
課題を解決する為になされたものであって、その目的
は、従来技術における様な問題を生じることなく、耐溶
損性、耐摩耗性および耐熱サイクル性のいずれにも優れ
たダイカスト用部材、および円筒形状の様な複雑な形状
であっても、その内面に均一な皮膜を付き回り性良く形
成することによって上記の特性を満足することのできる
ダイカスト用部材を製造する為の有用な方法を提供する
ことにある。The present invention has been made in order to solve the technical problems in the prior art, and its purpose is to prevent melting loss, abrasion resistance and heat cycle without causing the problems as in the prior art. A die-casting member that is excellent in both properties and a die-casting that can satisfy the above characteristics by forming a uniform coating on its inner surface even with a complicated shape such as a cylindrical shape, with good symmetry. An object of the present invention is to provide a useful method for manufacturing an application member.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明とは、溶融金属と接触する部分に用いられるダイカス
ト用部材であって、母材表面上に、ＣｒとＮを含む被覆
層を形成したものである点に要旨を有するするダイカス
ト用部材である。またこのダイカスト用部材において
は、前記被覆層中のＮ含有量が、被覆層の少なくとも最
表面で３０〜５５原子％であることが好ましい。更に、
前記被覆層の厚さは、７〜２０μｍであることが好まし
い。尚保温性を考慮すると、前記母材は、その一部また
は全部がＴｉ合金製であることが好ましい。Means for Solving the Problems The present invention, which has achieved the above object, is a die casting member used in a portion in contact with a molten metal, wherein a coating layer containing Cr and N is formed on the surface of a base material. It is a member for die casting which has the gist in that it is made. Further, in this die casting member, the N content in the coating layer is preferably 30 to 55 atom% at least on the outermost surface of the coating layer. Furthermore,
The coating layer preferably has a thickness of 7 to 20 μm. Considering the heat retaining property, it is preferable that the base material is partly or entirely made of Ti alloy.
【００１１】一方、上記目的を達成し得た本発明法と
は、上記の様な各種ダイカスト用部材を製造するに当た
り、円筒状の母材および棒状のＣｒ製蒸発源を用いると
共に、Ｃｒ製蒸発源を母材に挿入した状態とし、Ｎ2 雰
囲気によるアークイオンプレーティング法を実施するこ
とによって、前記母材の内壁面に前記被覆層を形成する
点に要旨を有するダイカスト用部材の製造方法である。On the other hand, the method of the present invention capable of achieving the above-mentioned object means that, in the production of various die casting members as described above, a cylindrical base material and a rod-shaped Cr evaporation source are used, and a Cr evaporation material is used. A method for manufacturing a die casting member, characterized in that the coating layer is formed on the inner wall surface of the base material by performing an arc ion plating method in an N 2 atmosphere with the source inserted in the base material. is there.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明者らは、ダイカスト用部材
の耐溶損性および耐摩耗性の向上を図るべく、母材表面
上に形成する被覆膜の種類について、様々な角度から検
討した。その結果、ＣｒとＮを含む被覆層を形成すれ
ば、上記目的が見事に達成されることを見い出し、本発
明を完成した。即ち、本発明者らが、表面被覆物質とし
て汎用されているＣｒに着目し、その物性について検討
したところ、Ｃｒ単独では硬度が低くて耐摩耗性が著し
く劣っていたのであるが、ＣｒにＮを含有させることに
よって、硬度を上昇させて耐摩耗性を向上させることが
できると共に、耐溶損性にも優れていたのである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have studied from various angles the types of coating films formed on the surface of a base material in order to improve the melting resistance and wear resistance of die casting members. . As a result, they have found that the above objects can be achieved successfully by forming a coating layer containing Cr and N, and completed the present invention. That is, the inventors of the present invention focused on Cr, which is widely used as a surface coating substance, and examined its physical properties. When Cr alone was used, the hardness was low and the wear resistance was significantly inferior. By containing, it was possible to increase the hardness and improve the wear resistance, and at the same time, it was excellent in melting resistance.
【００１３】前記被覆層中のＮ含有量は、被覆層の少な
くとも最表面で３０〜５５原子％であることが好まし
い。即ち、前記被覆層中のＮ含有量を上記の範囲内とす
ることによって、被覆層の耐溶損性および耐摩耗性耐を
更に向上させることができるのである。その理由につい
て更に詳細に説明する。The N content in the coating layer is preferably 30 to 55 atom% at least on the outermost surface of the coating layer. That is, by setting the N content in the coating layer within the above range, the erosion resistance and wear resistance of the coating layer can be further improved. The reason will be described in more detail.
【００１４】被覆層のＮ含有量を増加させた場合に形成
される物質は、Ｎ含有量が２０原子％まではＣｒ−Ｎ固
溶体とＣｒ2 Ｎの混合相である。またＮの含有量が２０
〜２５原子％までは、Ｃｒ2 Ｎ化合物単体の領域とな
り、２５〜３０原子％までは、Ｃｒ2 Ｎの混合相領域と
なる。前記Ｃｒ−Ｎ固溶体とＣｒ2 Ｎは、化学的に不安
定な化合物であり、高温での安定性に乏しく、ダイカス
ト部材の表面処理に必要とされる耐溶損性を満足するこ
とは出きない。そしてＮ含有量が３０原子％以上の領域
でＣｒＮ相が形成される。本来ならば化学量論的なＣｒ
Ｎ中のＮ濃度は５０原子％なのであるが、ＣｒＮ中サイ
トが抜け落ちることによって、３０原子％の濃度領域で
ＣｒＮが形成されるのである。ＣｒＮ中のＮの含有量が
５０原子％以下であっても、ＣｒＮ相は上記Ｃｒ−Ｎ固
溶体やＣｒ2 Ｎに比べると化学的に安定な相であり、高
硬度で優れた耐溶損性を有するものとなる。但し、Ｎの
含有量が５０原子％以下の濃度領域に限って言えば、５
０原子％にできるだけ近い方が、Ｎ欠陥の数が少なく化
学的に安定であるのでより好ましい。一方、Ｎの含有量
が５０原子％を超えた場合には、５５原子％程度まで
は、ＣｒＮの結晶中にＮを固溶によって取り込むことが
でき、且つこの範囲では耐溶損性も良好なものとなる。
こうしたことから本発明では、被覆層中のＮ含有量の好
ましい範囲を３０〜５５原子％とした。図３に、被覆層
中のＮ含有量と溶損速度の関係を示すが、この図からも
明らかな様に、被覆層中のＮ含有量を３０〜５５原子％
とするのが好ましいことが分かる。The material formed when the N content of the coating layer is increased is a mixed phase of Cr-N solid solution and Cr 2 N up to an atomic content of 20 atomic%. In addition, the content of N is 20
Up to 25 atomic% becomes the Cr 2 N compound single region, up to 25 to 30 atomic%, the mixed phase region of the Cr 2 N. The Cr-N solid solution and Cr 2 N are chemically unstable compounds, have poor stability at high temperatures, and cannot meet the melt loss resistance required for the surface treatment of die casting members. . Then, the CrN phase is formed in the region where the N content is 30 atomic% or more. Originally stoichiometric Cr
Although the N concentration in N is 50 atom%, CrN is formed in the concentration region of 30 atom% by the sites in CrN falling off. Even if the content of N in CrN is 50 atomic% or less, the CrN phase is a chemically stable phase as compared with the above-mentioned Cr-N solid solution and Cr 2 N, and has high hardness and excellent corrosion resistance. Will have. However, if the content of N is limited to a concentration range of 50 atomic% or less, it is 5
It is more preferable to be as close to 0 atom% as possible, since the number of N defects is small and it is chemically stable. On the other hand, when the content of N exceeds 50 atomic%, up to about 55 atomic%, N can be incorporated into the crystal of CrN by solid solution, and in this range, the corrosion resistance is also good. Becomes
Therefore, in the present invention, the preferable range of the N content in the coating layer is 30 to 55 atom%. FIG. 3 shows the relationship between the N content in the coating layer and the erosion rate. As is clear from this figure, the N content in the coating layer is 30 to 55 atomic%.
It turns out that it is preferable to set
【００１５】尚上記Ｎ含有量の好ましい範囲を規定した
部分を、「被覆層の少なくとも最表面」としたのは、被
覆層全体が必ずしも上記の組成範囲を満足する必要はな
く、溶融金属と接触する最表面が少なくとも上記のＮ含
有量を満足していれば、その効果が発揮されるからであ
る。従って、最表面以外の部分が上記のＮ含有量を外れ
る様な化学成分組成の被覆層を形成しても良いのは勿論
である。また母材との密着性を良好にすると言う観点か
らして、最表面から母材側にかけて連続的または断続的
にＮ含有量が減少する様な濃度勾配を有する構造として
も良いことは勿論である。Incidentally, the reason that the portion defining the preferable range of the above N content is "at least the outermost surface of the coating layer" is that the entire coating layer does not necessarily have to satisfy the above composition range, and it is in contact with the molten metal. This is because the effect is exhibited when the outermost surface that satisfies at least the above N content. Therefore, it goes without saying that a coating layer having a chemical composition such that the portion other than the outermost surface deviates from the above N content may be formed. Further, from the viewpoint of improving the adhesion to the base material, it is needless to say that the structure may have a concentration gradient such that the N content continuously or intermittently decreases from the outermost surface to the base material side. is there.
【００１６】上記被覆層の厚さについては、特に限定さ
れるものではないが、７〜２０μｍが最適である。即
ち、被覆層の厚さがあまり薄いと、被覆層に不可避的に
存在するピンホール等の母材に達する欠陥によって母材
が溶損する場合があるので、少なくとも７μｍ以上であ
ることが好ましい。上記欠陥は厚さの増加と共に減少す
る傾向にあり、厚さが１０μｍ以上では実用上問題のな
い程度まで上記欠陥が減少するので、その厚さは１０μ
ｍ以上であることがより好ましい。一方、この厚さがあ
まり厚くなり過ぎても、その効果が飽和するばかりか、
被覆層を形成するのに要する時間が長くなるので、その
上限は２０μｍが適当である。The thickness of the coating layer is not particularly limited, but is optimally 7 to 20 μm. That is, if the thickness of the coating layer is too thin, the base material may melt due to defects that inevitably exist in the coating layer, such as pinholes, so the thickness is preferably at least 7 μm or more. The defects tend to decrease as the thickness increases, and if the thickness is 10 μm or more, the defects are reduced to such an extent that there is no practical problem. Therefore, the thickness is 10 μm.
It is more preferably m or more. On the other hand, if this thickness becomes too thick, not only will the effect saturate,
Since the time required to form the coating layer becomes long, the upper limit is appropriately 20 μm.
【００１７】尚上記被覆層を形成する方法については、
特に円筒状のスリーブ等に対しては、本発明方法に係る
アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）が最適であ
るが、本発明のダイカスト用部材に関してはその形状を
限定するものではなく、内筒状以外の部材でもその効果
が発揮されるので、被覆層を形成する手段については、
上記ＡＩＰ法の他に、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパ
ッタリング法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）およびイオ
ン注入法等、各種の方法が適用できる。但し、ＲＦスパ
ッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＣＶＤ法および
イオン注入法は、後述する様に成膜速度が遅いという若
干の問題がある。Regarding the method of forming the above-mentioned coating layer,
The arc ion plating method (AIP method) according to the method of the present invention is most suitable for a cylindrical sleeve or the like, but the shape of the die casting member of the present invention is not limited, and the inner cylinder Since the effect is exhibited even with members other than the shape, for the means for forming the coating layer,
In addition to the AIP method, various methods such as an RF sputtering method, a DC sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD method) and an ion implantation method can be applied. However, the RF sputtering method, the DC sputtering method, the CVD method, and the ion implantation method have some problems that the film formation rate is slow, as described later.
【００１８】上記の様な被覆層が形成される母材の種類
については、特に限定されるものではなく、従来から用
いられているダイス鋼も用いることもできるが、その一
部または全部がＴｉ合金製であることが好ましい。この
様に母材の一部または全部をＴｉ合金製とすることによ
って、ダイカスト部材の保温性および耐熱サイクル性を
更に向上させることができる。The type of the base material on which the coating layer as described above is formed is not particularly limited, and conventionally used die steel can be used, but part or all of it is Ti. It is preferably made of an alloy. By making a part or all of the base material of the Ti alloy in this way, the heat retention and heat cycle resistance of the die cast member can be further improved.
【００１９】即ち、ＳＫＤ６１の熱伝導率は２８．９Ｗ
／ｍ・Ｋであるのに対し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの熱伝導
率は７．１Ｗ／ｍ・ＫとＳＫＤ６１の１／４以下であ
り、母材にＴｉ合金を適用することによって、従来のダ
イス鋼を用いた場合に比べて保温性が良好になるのであ
る。That is, the thermal conductivity of SKD61 is 28.9 W.
/ M · K, the thermal conductivity of Ti-6Al-4V is 7.1 W / m · K, which is 1/4 or less of SKD61, and by applying a Ti alloy to the base material, The heat retention is better than when using die steel.
【００２０】またＴｉ合金は熱膨張率がＳＫＤ６１等の
Ｆｅ基合金と比べて、ＣｒＮの熱膨張率に近く、例えば
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ，ＳＫＤ６１およびＣｒＮの夫々の
熱膨張率は、夫々８．８×１０-6／℃，１１．３×１０
-6／℃および２．３９×１０ -6／℃である。従って、母
材にＴｉ合金を適用することによって、熱サイクル下で
使用しても、被覆層と母材の熱膨張率の差に起因する熱
応力は、ＳＫＤ等を用いた場合に比べて小さくなり、被
覆層に亀裂が発生しにくくなるのである。尚Ｔｉ合金を
適用する部分として「一部」を含めたのは、ダイカスト
部材はその全てがＴｉ合金が用いられるとは限らず、そ
の一部についてＴｉ合金を適用するのがむしろ一般的で
あるので、この様な場合を想定したからである。The Ti alloy has a coefficient of thermal expansion of SKD61 or the like.
The thermal expansion coefficient of CrN is closer to that of Fe-based alloy,
Ti-6Al-4V, SKD61 and CrN respectively
The coefficient of thermal expansion is 8.8 × 10 each-6/ ℃, 11.3 × 10
-6/ ° C and 2.39 x 10 -6/ ° C. Therefore, mother
By applying Ti alloy to the material,
Even if used, the heat caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the coating layer and the base material
The stress is smaller than when using SKD, etc.
The cover layer is less likely to crack. Ti alloy
Die casting includes "part" as applicable part
Not all Ti alloys are used for the members.
It is rather common to apply Ti alloy for a part of
This is because such a case is assumed.
【００２１】一方、本発明法において、被覆層を形成す
る手段をＡＩＰ法に限定したのは、以下の理由からであ
る。即ち、母材表面上にＣｒＮを形成する手段として
は、従来技術で述べた窒化処理の他に、上記の皮膜層を
形成する際に適用できるＲＦスパッタリング法、ＤＣス
パッタリング法、ＣＶＤ法およびイオン注入法等の方法
が挙げられるが、窒化処理は前述の如く処理温度に問題
があり、他の方法は成膜速度が遅いという問題があるば
かりか、特に円筒状のスリーブ等の内面に被覆層を形成
する際に該被覆層の付き回り性が悪く、実際問題として
適用は困難である。これらに対し、ＡＩＰ法では、蒸発
源と対極の間に電場を印加することによってアークを発
生して蒸発源からの蒸発を行なうと共に、雰囲気を形成
する反応性ガス（Ｎ2 ガス）によって反応性蒸着を行な
うものであるので、上記各方法に比べて成膜速度が速
く、高密着性であり、また反応性ガスの圧力調整によっ
てＮ含有量の調節も容易に達成される。従って、こうし
た利点を利用し、棒状の蒸発源を用い、対極として母材
を用いることによって、円筒状の部材の内面への被覆層
の形成が容易に達成されるのである。On the other hand, in the method of the present invention, the means for forming the coating layer is limited to the AIP method for the following reasons. That is, as means for forming CrN on the surface of the base material, in addition to the nitriding treatment described in the prior art, an RF sputtering method, a DC sputtering method, a CVD method and ion implantation which can be applied when forming the above-mentioned coating layer. The nitriding treatment has a problem in the treatment temperature as described above, and other methods have a problem that the film forming rate is slow, and in particular, a coating layer is formed on the inner surface of a cylindrical sleeve or the like. When the coating layer is formed, the covering power of the coating layer is poor, and it is difficult to apply as a practical problem. On the other hand, in the AIP method, an electric field is applied between the evaporation source and the counter electrode to generate an arc to evaporate from the evaporation source, and at the same time, to react with a reactive gas (N 2 gas) forming an atmosphere. Since vapor deposition is performed, the film formation rate is faster and the adhesion is higher than in the above methods, and the N content can be easily adjusted by adjusting the pressure of the reactive gas. Therefore, by utilizing these advantages and using the rod-shaped evaporation source and the base material as the counter electrode, the formation of the coating layer on the inner surface of the cylindrical member can be easily achieved.
【００２２】本発明法を図面を用いて説明する。図１は
本発明法を説明するための概略図であり、図２は従来の
平板型蒸発源を用いた方法を説明するための概略図であ
り、図中１はスリーブ等の円筒状の母材、２は対極、３
はＣｒ製蒸発源を夫々示す。本発明法においては、Ｃｒ
製蒸発源３を棒状にして円筒状の母材１に挿入すると共
に、母材１を対極２として、Ｎ2 雰囲気中でＡＩＰ法を
実施することによって、母材１の内面に付き回り性の良
好な被覆層（ＣｒＮを主体とする被覆層）を、均一に形
成することができるのである。これに対し、平板状の蒸
発源３を用いてＡＩＰ法を実施しても、図２に示される
様に、蒸発物質の直進性によって母材１の内面に均一に
被覆層を成膜することはできず、また付き回り性も悪く
なるのである。The method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the method of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method using a conventional flat plate type evaporation source, and 1 in the figure is a cylindrical mother material such as a sleeve. Material, 2 is counter electrode, 3
Indicate the Cr evaporation sources, respectively. In the method of the present invention, Cr
The evaporation source 3 is made into a rod shape and is inserted into the cylindrical base material 1, and the base material 1 is used as the counter electrode 2 to carry out the AIP method in an N 2 atmosphere. A good coating layer (a coating layer mainly composed of CrN) can be uniformly formed. On the other hand, even if the AIP method is performed using the flat plate-shaped evaporation source 3, as shown in FIG. 2, the coating layer is uniformly formed on the inner surface of the base material 1 due to the straightness of the evaporated material. It is not possible, and the throwing power also deteriorates.
【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the following examples are not intended to limit the present invention, and any change in design can be made without departing from the spirit of the preceding and following claims. It is included in the technical scope.
【００２４】[0024]
【実施例】Ｔｉ−６Ａｌ−４ＶまたはＳＫＤ６１を、機
械加工した後洗浄したものを母材として用い、これに下
記の方法によって被覆層を形成して各種ダイカスト用部
材（供試材１〜１１）を製造した。EXAMPLES Ti-6Al-4V or SKD61, which was machined and washed, was used as a base material, and a coating layer was formed on the base material by the following method to prepare various die casting members (test materials 1 to 11). Was manufactured.
【００２５】供試材１ ＳＫＤ６１母材（筒状）上に、Ｃｒターゲット（棒状）
を使用して反応性ＲＦスパッタリングでＣｒ−Ｎ皮膜を
形成した。 供試材２ ＳＫＤ６１母材（筒状）上に、ＣｒＦ4 ガスを原料ガ
ス、Ｎ2 を反応性ガスとして用い、ＣＶＤ法でＣｒ−Ｎ
皮膜を形成した。 供試材３ ＳＫＤ６１母材（筒状）上に、Ｃｒターゲット（平板
状）を使用してＮ2 を反応性ガスとして反応性ＤＣスパ
ッタリングでＣｒ−Ｎ皮膜を形成した。Specimen 1 Cr target (rod) on SKD61 base material (cylindrical)
Was used to form a Cr-N film by reactive RF sputtering. Specimen 2 CrD 4 was formed by a CVD method on a SKD61 base material (cylindrical) using CrF 4 gas as a source gas and N 2 as a reactive gas.
A film was formed. On test piece 3 SKD61 preform (cylindrical) to form a Cr-N coating by reactive DC sputtering of N 2 as a reactive gas using a Cr target (tabular).
【００２６】供試材４ ＳＫＤ６１母材（筒状）上に、蒸着（平板状蒸発源）に
よってＣｒ層を形成した後、イオン注入法によってＮを
イオン注入し、Ｃｒ−Ｎ皮膜を形成した。 供試材５、６ ＳＫＤ６１母材（筒状）上に、Ｃｒターゲット（棒状）
を使用してＮ2 を反応性ガスとしてＡＩＰ法でＣｒ−Ｎ
皮膜を形成した。Specimen 4 A Cr layer was formed on the SKD61 base material (cylindrical) by vapor deposition (flat evaporation source), and then N was ion-implanted by an ion implantation method to form a Cr-N film. Sample materials 5 and 6 Cr target (rod) on SKD61 base material (cylindrical)
Using N 2 as a reactive gas by the AIP method for Cr-N
A film was formed.
【００２７】供試材７、８ Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ母材（筒状）上に、Ｃｒターゲット
（棒状）を使用してＮ 2 を反応性ガスとしてＡＩＰ法で
Ｃｒ−Ｎ皮膜を形成した。 供試材９、１０ ＳＫＤ６１母材に、窒化処理（５５０℃）または硼化処
理（９００℃）を行なって、Ｆｅの窒化膜または硼化膜
を形成した。 供試材１１ Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ母材に、窒化処理を行なって、窒化
膜を形成した。Specimens 7, 8 Ti-6Al-4V base material (cylindrical) on Cr target
N using (bar shape) 2 With AIP as a reactive gas
A Cr-N film was formed. Specimen materials 9, 10 SKD61 base material is nitrided (550 ° C) or borated
(900 ° C.) to obtain a Fe nitride film or a boride film.
Was formed. Specimen 11 Ti-6Al-4V base material is nitrided and nitrided.
A film was formed.
【００２８】得られた上記各供試材について、耐溶損
性、耐摩耗性、耐熱サイクル性、保温性および付き回り
性等の特性について調査した。その結果を、被覆膜形成
条件、被覆層組成（最表面）、被覆層厚さおよび生成相
等と共に下記表１に示す。尚表１には、被覆層を形成し
ない母材そのものの特性についても、比較例として示し
た（供試材１２，１３）。またこれらの特性の評価方法
およびる評価基準は、下記の通りである。With respect to each of the above-obtained test materials, properties such as melting resistance, abrasion resistance, heat cycle resistance, heat retention and throwing power were investigated. The results are shown in Table 1 below together with coating film forming conditions, coating layer composition (outermost surface), coating layer thickness, production phase and the like. In addition, Table 1 also shows, as a comparative example, the characteristics of the base material itself on which the coating layer is not formed (test materials 12 and 13). The evaluation methods and evaluation criteria for these characteristics are as follows.
【００２９】（耐溶損性）温度７５０℃でＪＩＳ規格Ａ
Ｃ８ＣのＡｌ溶湯に、３時間浸漬後の減量によって溶損
量を測定し、下記の基準で評価した。 ◎ ：溶損なし ○ ：被覆層２０％未満溶損 △ ：被覆層２０％以上溶損 × ：被覆層１００％溶損 ××：母材の溶損あり(Melting resistance) JIS standard A at a temperature of 750 ° C.
The amount of melting loss was measured by weight loss after immersion in C8C Al melt for 3 hours, and evaluated according to the following criteria. ◎: No melting loss ○: Coating layer less than 20% melting loss Δ: Coating layer 20% or more melting loss ×: Coating layer 100% melting loss × ×: Base material melting loss
【００３０】（耐摩耗性）ピンオンディスク型の摺動摩
擦試験機を使用して、相手材のピンとして窒化処理を施
したＳＫＤ６１を使用し、温度：４００℃、荷重：１０
ｋｇ／ｃｍ2 で１０００ｍ摺動後の摩耗量を測定し、下
記の基準で評価した。 ◎ ：摩耗なし ○ ：被覆層２０％未満摩耗 △ ：被覆層２０％以上摩耗 × ：被覆層１００％摩耗 ××：母材の摩耗あり(Abrasion resistance) Using a pin-on-disk type sliding friction tester, SKD61 which was subjected to nitriding treatment was used as a mating pin, temperature: 400 ° C., load: 10
The amount of wear after sliding 1000 kg / cm 2 was measured and evaluated according to the following criteria. ◎: No wear ○: Less than 20% wear of coating layer △: 20% or more wear of coating layer ×: 100% wear of coating layer XX: Wear of base material
【００３１】（耐熱サイクル性）高温槽（６５０℃）お
よび低温槽（水冷）を有する熱サイクル試験機を用い、
１回のサイクルが約２分となる様に、両槽の繰り返し往
復試験を行ない、供試材に熱サイクルを負荷した。そし
て、クラックが発生するサイクル回数によって評価し
た。 ◎：１０００サイクル以上でクラックが発生 ○：５００〜１０００サイクル未満でクラックが発生 △：２５０〜５００サイクル未満でクラックが発生 ×：２５０サイクル未満でクラックが発生(Heat resistance cycle) A heat cycle tester having a high temperature tank (650 ° C.) and a low temperature tank (water cooling) was used,
Repeated reciprocating tests of both tanks were carried out so that one cycle was about 2 minutes, and the thermal cycle was applied to the test material. And it evaluated by the number of cycles which a crack generate | occur | produces. ⊚: Cracks occurred at 1000 cycles or more ◯: Cracks occurred at 500 to less than 1000 cycles Δ: Cracks occurred at 250 to less than 500 cycles ×: Cracks occurred at less than 250 cycles
【００３２】（付き回り性）被覆層の被覆率で評価し
た。 ◎：被覆率１００％ ○：被覆率５０〜１００％未満 △：被覆率２５〜５０％未満 ×：被覆率２５％未満(Coverability) The coverage of the coating layer was evaluated. ⊚: Coverage 100% ◯: Coverage 50 to less than 100% Δ: Coverage 25 to less than 50% ×: Coverage less than 25%
【００３３】（保温性）各供試材中に７５０℃の溶湯を
保持し、凝固開始までの時間で評価した。 ○：未処理Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ母材と同等 △：未処理ＳＫＤ母材と同等(Heat-retaining property) A molten metal at 750 ° C. was held in each test material and evaluated by the time until the start of solidification. ◯: equivalent to untreated Ti-6Al-4V base material Δ: equivalent to untreated SKD base material
【００３４】[0034]
【表１】 [Table 1]
【００３５】表１から明らかな様に、本発明の要件を満
足する実施例のものは、従来のダイカスト用部材と比べ
て、優れた性能を示していることがわかる。特に本発明
の好ましい要件を満足するものでは、その特性向上が顕
著である。As is apparent from Table 1, the examples satisfying the requirements of the present invention show superior performance as compared with the conventional die casting member. In particular, those satisfying the preferable requirements of the present invention are significantly improved.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、耐
溶損性、耐摩耗性および耐熱サイクル性に優れたダイカ
スト用部材が実現できた。また本発明方法によれば、ス
リーブ等の円筒状の母材に対しても付き回り性良く、均
一に被覆層を形成することができる様になった。The present invention is constructed as described above, and a die casting member excellent in melting resistance, abrasion resistance and heat cycle resistance can be realized. Further, according to the method of the present invention, it is possible to form a coating layer evenly on a cylindrical base material such as a sleeve with good throwing power.
【図１】本発明方法を説明するための概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the method of the present invention.
【図２】従来の平板型蒸発源を用いた方法を説明するた
めの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method using a conventional flat plate evaporation source.
【図３】被覆層中のＮ含有量と溶損速度の関係を示すグ
ラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the N content in the coating layer and the dissolution rate.
１ 円筒状の母材 ２ 対極 ３ Ｃｒ製蒸発源 1 Cylindrical base material 2 Counter electrode 3 Cr evaporation source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉垣 浩 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 湯瀬 文雄 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Tamagaki 2-3-1, Niihama, Arai-cho, Takasago, Hyogo Prefecture Takasago Works, Kobe Steel, Ltd. (72) Fumio Yuse 1-chome, Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe, Hyogo No. 5-5 Inside Kobe Research Institute, Kobe Steel, Ltd.
Claims (5)
イカスト用部材であって、母材表面上に、ＣｒとＮを含
む被覆層を形成したものであることを特徴とするダイカ
スト用部材。1. A die casting member used in a portion which comes into contact with a molten metal, wherein a coating layer containing Cr and N is formed on the surface of a base material.
なくとも最表面で３０〜５５原子％である請求項１に記
載のダイカスト用部材。2. The member for die casting according to claim 1, wherein the N content in the coating layer is 30 to 55 atom% at least on the outermost surface of the coating layer.
る請求項１または２に記載のダイカスト用部材。3. The die casting member according to claim 1, wherein the coating layer has a thickness of 7 to 20 μm.
合金製である請求項１〜３のいずれかに記載のダイカス
ト用部材。4. A part or all of the base material is Ti.
The die casting member according to claim 1, which is made of an alloy.
スト用部材を製造するに当たり、円筒状の母材および棒
状のＣｒ製蒸発源を用いると共に、Ｃｒ製蒸発源を母材
に挿入した状態とし、Ｎ2 雰囲気によるアークイオンプ
レーティング法を実施することによって、前記母材の内
壁面に前記被覆層を形成することを特徴とするダイカス
ト用部材の製造方法。5. When manufacturing the die casting member according to claim 1, a cylindrical base material and a rod-shaped Cr evaporation source are used, and the Cr evaporation source is inserted into the base material. A method for manufacturing a die casting member, characterized in that the coating layer is formed on the inner wall surface of the base material by carrying out an arc ion plating method in an N 2 atmosphere in the state.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29847895A JP3438444B2 (en) | 1994-11-18 | 1995-11-16 | Die casting member and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28550294 | 1994-11-18 | ||
| JP6-285502 | 1994-11-18 | ||
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209331A true JPH08209331A (en) | 1996-08-13 |
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ID=26555917
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3438444B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007077494A (en) * | 2005-08-08 | 2007-03-29 | Nanofilm Technologies Internatl Pte Ltd | Metal coating |
| JP2010125516A (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Toyota Motor Corp | Heat insulating sleeve |
-
1995
- 1995-11-16 JP JP29847895A patent/JP3438444B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007077494A (en) * | 2005-08-08 | 2007-03-29 | Nanofilm Technologies Internatl Pte Ltd | Metal coating |
| JP2010125516A (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Toyota Motor Corp | Heat insulating sleeve |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP3438444B2 (en) | 2003-08-18 |
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