JPH0839132A - 高耐久皮剥きダイスおよびその製造方法 - Google Patents
高耐久皮剥きダイスおよびその製造方法Info
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- JPH0839132A JPH0839132A JP17296894A JP17296894A JPH0839132A JP H0839132 A JPH0839132 A JP H0839132A JP 17296894 A JP17296894 A JP 17296894A JP 17296894 A JP17296894 A JP 17296894A JP H0839132 A JPH0839132 A JP H0839132A
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- hard carbon
- carbon film
- film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は金属材料の線材の引き抜き工程におい
て、表面酸化膜切削に用いられる皮剥きダイスの耐久性
向上のために、該ダイスに硬質炭素膜をコーティングし
たもの及びその製造方法である。 【構成】超硬合金製の皮剥きダイスのすくい面のみ、あ
るいはすくい面と穴の内径部に、硬質炭素膜を厚み0.
1μm以上100μm以下コーティングしてなる高耐久
皮剥きダイス。該皮剥きダイスのタングステンカーバイ
ド合金粒径が、0.1μm以上1.0μm以下の範囲で
あると、耐久性は大幅に向上する。該ダイスへの硬質炭
素膜コーティングは、イオンビーム法にて行なうのが望
ましい。 【効果】皮剥きダイスに硬質炭素膜をコーティングする
ことにより、該ダイスに耐摩耗性、低摩擦係数が付与さ
れ、金属線材の仕上げ工程において、ダイスの長寿命化
が可能となった。
て、表面酸化膜切削に用いられる皮剥きダイスの耐久性
向上のために、該ダイスに硬質炭素膜をコーティングし
たもの及びその製造方法である。 【構成】超硬合金製の皮剥きダイスのすくい面のみ、あ
るいはすくい面と穴の内径部に、硬質炭素膜を厚み0.
1μm以上100μm以下コーティングしてなる高耐久
皮剥きダイス。該皮剥きダイスのタングステンカーバイ
ド合金粒径が、0.1μm以上1.0μm以下の範囲で
あると、耐久性は大幅に向上する。該ダイスへの硬質炭
素膜コーティングは、イオンビーム法にて行なうのが望
ましい。 【効果】皮剥きダイスに硬質炭素膜をコーティングする
ことにより、該ダイスに耐摩耗性、低摩擦係数が付与さ
れ、金属線材の仕上げ工程において、ダイスの長寿命化
が可能となった。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属材料の線材の引き抜
き工程において、表面酸化膜切削に用いられる皮剥きダ
イスおよびその製造方法に関するものである。
き工程において、表面酸化膜切削に用いられる皮剥きダ
イスおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】線材の伸線工程中の表面酸化膜切削に
は、工具鋼あるいは超硬の皮剥きダイスが広く用いられ
ている。しかしながら、表面酸化膜切削工程は非常に過
酷な条件であるために、皮剥きダイスの耐久性の一層の
向上が要請されている。
は、工具鋼あるいは超硬の皮剥きダイスが広く用いられ
ている。しかしながら、表面酸化膜切削工程は非常に過
酷な条件であるために、皮剥きダイスの耐久性の一層の
向上が要請されている。
【0003】金属線材の製造工程には、硬度が高く、耐
摩耗性がすぐれ、表面形状の良いダイスを用いることが
必要である。ダイスが劣化すると製造ライン稼働中でも
ダイスの交換が必要となり、さらにダイス交換にはかな
りの時間と手間がかかることから製造工程の操業率改善
からも耐久性のすぐれたダイスが強く要請されてきた。
摩耗性がすぐれ、表面形状の良いダイスを用いることが
必要である。ダイスが劣化すると製造ライン稼働中でも
ダイスの交換が必要となり、さらにダイス交換にはかな
りの時間と手間がかかることから製造工程の操業率改善
からも耐久性のすぐれたダイスが強く要請されてきた。
【0004】皮剥きダイスの耐久性の向上には、高硬度
で耐摩耗性及び耐衝撃に優れることが重要となる。この
ために、超硬合金製ダイスやダイヤモンド製ダイスが鋼
製ダイスにかわって用いられるようになってきたが、超
硬合金製ダイスは耐摩耗性が充分でなく、ダイヤモンド
製ダイスは高価かつ超硬合金製ダイスよりも衝撃に弱い
という欠点がある。
で耐摩耗性及び耐衝撃に優れることが重要となる。この
ために、超硬合金製ダイスやダイヤモンド製ダイスが鋼
製ダイスにかわって用いられるようになってきたが、超
硬合金製ダイスは耐摩耗性が充分でなく、ダイヤモンド
製ダイスは高価かつ超硬合金製ダイスよりも衝撃に弱い
という欠点がある。
【0005】当社は特願平04−189754号及び特
願平04−283259号に開示される自動車エンジン
のバルブ用チタン合金を開発したが、この合金は従来に
なく剛性が高いために、このチタン合金線材の表面酸化
膜切削工程に通常の超硬製皮剥きダイスを使用すると1
0m程度皮剥きを行なっただけでただちに破壊されてし
まう。これは該チタン合金の衝撃に超硬合金が耐えられ
ないからである。
願平04−283259号に開示される自動車エンジン
のバルブ用チタン合金を開発したが、この合金は従来に
なく剛性が高いために、このチタン合金線材の表面酸化
膜切削工程に通常の超硬製皮剥きダイスを使用すると1
0m程度皮剥きを行なっただけでただちに破壊されてし
まう。これは該チタン合金の衝撃に超硬合金が耐えられ
ないからである。
【0006】さらに、ダイヤモンド製皮剥きダイスを同
工程に適用したところ、約1m皮剥きを行なったところ
にてこのダイヤモンド製皮剥きダイスはただちに破壊さ
れてしまった。これは、皮剥きダイスにかかる該チタン
合金線材の衝撃に対して、ダイヤモンドは超硬材よりも
弱いからである。
工程に適用したところ、約1m皮剥きを行なったところ
にてこのダイヤモンド製皮剥きダイスはただちに破壊さ
れてしまった。これは、皮剥きダイスにかかる該チタン
合金線材の衝撃に対して、ダイヤモンドは超硬材よりも
弱いからである。
【0007】線材の製造工程に用いられるダイスには、
伸線ダイスと皮剥きダイスとがある。伸線ダイスは線材
を太い径からより細い径へと徐々に絞り込んで細くする
構造をしている。これに対して皮剥きダイスは、あたか
も切削チップにて金属を削るように、円周状のダイスの
刃が線材の表皮を一様に切削除去する構造をしているた
めに、伸線ダイスに比べて線材から大きな衝撃力がかか
る。このために、特願平04−189754号及び特願
平04−283259号に開示される剛性の高い線材を
従来の製造工程に投入すると、まず皮剥きダイスの劣化
が早いことが、製造経費上昇の主因となる。
伸線ダイスと皮剥きダイスとがある。伸線ダイスは線材
を太い径からより細い径へと徐々に絞り込んで細くする
構造をしている。これに対して皮剥きダイスは、あたか
も切削チップにて金属を削るように、円周状のダイスの
刃が線材の表皮を一様に切削除去する構造をしているた
めに、伸線ダイスに比べて線材から大きな衝撃力がかか
る。このために、特願平04−189754号及び特願
平04−283259号に開示される剛性の高い線材を
従来の製造工程に投入すると、まず皮剥きダイスの劣化
が早いことが、製造経費上昇の主因となる。
【0008】通常の超硬皮剥きダイスは粒径1.5〜
3.0μmのタングステンカーバイド粉末を主たる原料
とし、これに他の金属炭化物(チタンカーバイド、タン
タルカーバイドなど)及びコバルトなどの焼結助剤を添
加する粉末冶金によって製造されている。通常製品の焼
結後のダイスの金属組織のタングステンカーバイド合金
粒径は1.5〜2.5μmである。一般にダイスの金属
組織のタングステンカーバイド合金粒径が小さくなるほ
どダイスの硬度は高くかつ靭性も高くなるが、塑性加工
的な外力に対してタングステンカーバイド合金粒が脱落
しやすくなるので耐摩耗性が落ちる、という問題点があ
った。
3.0μmのタングステンカーバイド粉末を主たる原料
とし、これに他の金属炭化物(チタンカーバイド、タン
タルカーバイドなど)及びコバルトなどの焼結助剤を添
加する粉末冶金によって製造されている。通常製品の焼
結後のダイスの金属組織のタングステンカーバイド合金
粒径は1.5〜2.5μmである。一般にダイスの金属
組織のタングステンカーバイド合金粒径が小さくなるほ
どダイスの硬度は高くかつ靭性も高くなるが、塑性加工
的な外力に対してタングステンカーバイド合金粒が脱落
しやすくなるので耐摩耗性が落ちる、という問題点があ
った。
【0009】一方、硬質炭素膜は、スピーカー振動板及
び光学部品保護膜などに応用が図られてきたが、成膜技
術の不足と膜の付着力の弱さ等が障害となってさらなる
応用への広がりの見込が薄いと認識されている。これに
対して本発明者は特願昭62−234978号、特願昭
63−275484号、特願平1−158733号およ
び特願平2−174498号等に、硬質炭素膜を適用し
た工具(刃など)の利用技術を鋭意研究している。
び光学部品保護膜などに応用が図られてきたが、成膜技
術の不足と膜の付着力の弱さ等が障害となってさらなる
応用への広がりの見込が薄いと認識されている。これに
対して本発明者は特願昭62−234978号、特願昭
63−275484号、特願平1−158733号およ
び特願平2−174498号等に、硬質炭素膜を適用し
た工具(刃など)の利用技術を鋭意研究している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来用いら
れてきた超硬合金製の皮剥きダイスの上記問題点を解決
し、耐摩耗性が超硬合金製ダイスよりすぐれ、耐衝撃性
がダイヤモンドダイスよりも優れた皮剥きダイスとその
製造方法を提供するものである。
れてきた超硬合金製の皮剥きダイスの上記問題点を解決
し、耐摩耗性が超硬合金製ダイスよりすぐれ、耐衝撃性
がダイヤモンドダイスよりも優れた皮剥きダイスとその
製造方法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段、作用】本発明は、(1)
主にタングステンカーバイドからなる超硬合金製の皮剥
きダイスのすくい面のみ、あるいはすくい面と穴の内径
部に硬質炭素膜を厚み0.1μm以上100μm以下コ
ーティングしてなる高耐久性皮剥きダイスであり、また
(2)超硬合金中のタングステンカーバイド合金粒径
が、0.1μm以上1.0μm以下であることを特徴と
する前記(1)に記載の高耐久皮剥きダイスであり、ま
た(3)超硬合金製の皮剥きダイスのすくい面のみ、あ
るいはすくい面と穴の内径部に硬質炭素膜をイオンビー
ム法にて0.1μm以上100μm以下の厚みにコーテ
ィングすることを特徴とする高耐久皮剥きダイスの製造
方法である。
主にタングステンカーバイドからなる超硬合金製の皮剥
きダイスのすくい面のみ、あるいはすくい面と穴の内径
部に硬質炭素膜を厚み0.1μm以上100μm以下コ
ーティングしてなる高耐久性皮剥きダイスであり、また
(2)超硬合金中のタングステンカーバイド合金粒径
が、0.1μm以上1.0μm以下であることを特徴と
する前記(1)に記載の高耐久皮剥きダイスであり、ま
た(3)超硬合金製の皮剥きダイスのすくい面のみ、あ
るいはすくい面と穴の内径部に硬質炭素膜をイオンビー
ム法にて0.1μm以上100μm以下の厚みにコーテ
ィングすることを特徴とする高耐久皮剥きダイスの製造
方法である。
【0012】硬質炭素膜がコーティングされる超硬合金
製の皮剥きダイスはタングステンカーバイドの粉末冶金
によって作られている。通常の超硬ダイスは粒径1.5
〜3.0μmのタングステンカーバイド粉末を主たる原
料とし、これに他の金属炭化物(チタンカーバイド、タ
ンタルカーバイドそのほか)及びコバルトなどの焼結助
剤を添加する粉末冶金によって製造されている。
製の皮剥きダイスはタングステンカーバイドの粉末冶金
によって作られている。通常の超硬ダイスは粒径1.5
〜3.0μmのタングステンカーバイド粉末を主たる原
料とし、これに他の金属炭化物(チタンカーバイド、タ
ンタルカーバイドそのほか)及びコバルトなどの焼結助
剤を添加する粉末冶金によって製造されている。
【0013】通常製品のダイスの金属組織のタングステ
ンカーバイド合金粒径は1.5〜2.5μmである。こ
れらのダイスに硬質炭素膜をコーティングしてもダイス
の寿命は著しく伸びる。一般にダイスの金属組織のタン
グステンカーバイド合金粒径が小さくなるほどダイスの
硬度は高くかつ靭性も高くなるが、塑性加工的な外力に
対してタングステンカーバイド合金粒が脱落しやすくな
るので耐摩耗性が落ちる。
ンカーバイド合金粒径は1.5〜2.5μmである。こ
れらのダイスに硬質炭素膜をコーティングしてもダイス
の寿命は著しく伸びる。一般にダイスの金属組織のタン
グステンカーバイド合金粒径が小さくなるほどダイスの
硬度は高くかつ靭性も高くなるが、塑性加工的な外力に
対してタングステンカーバイド合金粒が脱落しやすくな
るので耐摩耗性が落ちる。
【0014】このダイスに硬質炭素膜をコーティングす
ると、ダイス表面の硬度・靭性を高めるのみならず、タ
ングステンカーバイド合金粒の脱落が皆無になるので、
耐摩耗性をも著しく高めることができる。従って、通常
の粒径よりも小さい粒径0.1μm以上1.0μm以
下、より好ましくは粒径0.2μm以上0.8μm以下
のタングステンカーバイド合金を金属組織に持つ超硬ダ
イスに硬質炭素膜をコーティングした皮剥きダイスは、
超硬合金自体の靭性が通常品よりも高いので、大幅に寿
命が伸びることを見出し本発明を完成した。
ると、ダイス表面の硬度・靭性を高めるのみならず、タ
ングステンカーバイド合金粒の脱落が皆無になるので、
耐摩耗性をも著しく高めることができる。従って、通常
の粒径よりも小さい粒径0.1μm以上1.0μm以
下、より好ましくは粒径0.2μm以上0.8μm以下
のタングステンカーバイド合金を金属組織に持つ超硬ダ
イスに硬質炭素膜をコーティングした皮剥きダイスは、
超硬合金自体の靭性が通常品よりも高いので、大幅に寿
命が伸びることを見出し本発明を完成した。
【0015】本明細書で述べる超硬合金ダイスの金属組
織のタングステンカーバイド合金粒径値は次のように定
義される。タングステンカーバイド合金粒径は、いびつ
な粒であってもその粒の最大直径さしわたし値を示す
(直方体のような形状の場合は最大軸の長さ)。通常の
粒径よりも小さい径のタングステンカーバイド合金粒を
金属組織に持つ超硬ダイスは、主たる原料のタングステ
ンカーバイド粉末の粒径を1.0μm以下0.2μm以
上にする、もとくは焼結条件をはじめとするダイスの製
造条件を調整することで製造される。
織のタングステンカーバイド合金粒径値は次のように定
義される。タングステンカーバイド合金粒径は、いびつ
な粒であってもその粒の最大直径さしわたし値を示す
(直方体のような形状の場合は最大軸の長さ)。通常の
粒径よりも小さい径のタングステンカーバイド合金粒を
金属組織に持つ超硬ダイスは、主たる原料のタングステ
ンカーバイド粉末の粒径を1.0μm以下0.2μm以
上にする、もとくは焼結条件をはじめとするダイスの製
造条件を調整することで製造される。
【0016】本発明でいう硬質炭素膜とは次のようなも
のである。元素の構成の主体は炭素であり、天然ダイヤ
モンドに準ずる硬度を持ち、非晶質で電子線回折像はハ
ローパターンを示す。ラマンスペクトルでは1580c
m~1付近と1360cm~1付近に非晶質特有の広いピー
クを示す。硬質炭素の薄膜を走査型電子顕微鏡で10,
000倍程度に拡大して観察すると、結晶粒が認められ
ない一様で平滑な膜である。硬質炭素は一般に炭化水素
化合物を原料とした気相合成法によって生成され、約4
0atom%以下の水素を含有している。
のである。元素の構成の主体は炭素であり、天然ダイヤ
モンドに準ずる硬度を持ち、非晶質で電子線回折像はハ
ローパターンを示す。ラマンスペクトルでは1580c
m~1付近と1360cm~1付近に非晶質特有の広いピー
クを示す。硬質炭素の薄膜を走査型電子顕微鏡で10,
000倍程度に拡大して観察すると、結晶粒が認められ
ない一様で平滑な膜である。硬質炭素は一般に炭化水素
化合物を原料とした気相合成法によって生成され、約4
0atom%以下の水素を含有している。
【0017】水素は炭素原子のダングリングボンドの部
分に入り、非晶質状態が安定化されかつ高硬度の構造に
なると考えられている。適量の水素が存在することで、
硬質炭素は天然ダイヤモンドに準ずる高い硬度を示すも
のと推測される。硬質炭素膜中の水素が多過ぎると軟ら
かい有機質の膜になる。そのため本発明の硬質炭素膜と
しては、水素の割合は膜中に35atom%以下、好ましく
は15〜30atom%(ラザフォード散乱分析法による)
のものが適している。このような硬質炭素膜はビッカー
ス硬度4000〜7000で摩擦係数0.1〜0.2で
天然ダイヤモンドに次ぐ物性を示すことが知られてい
る。そのためにダイヤモンド状炭素膜とも呼ばれる。
分に入り、非晶質状態が安定化されかつ高硬度の構造に
なると考えられている。適量の水素が存在することで、
硬質炭素は天然ダイヤモンドに準ずる高い硬度を示すも
のと推測される。硬質炭素膜中の水素が多過ぎると軟ら
かい有機質の膜になる。そのため本発明の硬質炭素膜と
しては、水素の割合は膜中に35atom%以下、好ましく
は15〜30atom%(ラザフォード散乱分析法による)
のものが適している。このような硬質炭素膜はビッカー
ス硬度4000〜7000で摩擦係数0.1〜0.2で
天然ダイヤモンドに次ぐ物性を示すことが知られてい
る。そのためにダイヤモンド状炭素膜とも呼ばれる。
【0018】本発明で対象とする基材は、超硬合金であ
り、タングステンカーバイドを主成分として70〜95
%含有するが、その他にチタンまたはタンタル、コバル
トや炭素を含有してなる焼結合金である。硬質炭素膜
は、タングステン等の炭素と共有結合性の高い結合をす
る元素を含む材料を基材として用いた場合には、膜と付
着力の優れたコーティングとすることができる。
り、タングステンカーバイドを主成分として70〜95
%含有するが、その他にチタンまたはタンタル、コバル
トや炭素を含有してなる焼結合金である。硬質炭素膜
は、タングステン等の炭素と共有結合性の高い結合をす
る元素を含む材料を基材として用いた場合には、膜と付
着力の優れたコーティングとすることができる。
【0019】基材から剥離した硬質炭素膜自体は、弾性
のある軟らかい膜であり、剥離すると内部応力を解消す
るために、縮んだり丸まったりし、場合によっては裂け
たりしてしまう。従って、コーティング膜として硬質炭
素膜の高硬度の物性を引き出すためには次の3つの条件
が必要である。
のある軟らかい膜であり、剥離すると内部応力を解消す
るために、縮んだり丸まったりし、場合によっては裂け
たりしてしまう。従って、コーティング膜として硬質炭
素膜の高硬度の物性を引き出すためには次の3つの条件
が必要である。
【0020】成膜中に高速度のイオンが打ち込まれる
ことによる楔効果で、内部応力を蓄積する。 大きな内部応力にもかかわらず膜が剥離しない程度
に、膜の基材への付着力が強い。 膜から受ける応力を支えられる程に基材表面が硬い。
ことによる楔効果で、内部応力を蓄積する。 大きな内部応力にもかかわらず膜が剥離しない程度
に、膜の基材への付着力が強い。 膜から受ける応力を支えられる程に基材表面が硬い。
【0021】上記の条件は成膜条件に依存し、炭化
水素のイオンビームによる成膜方法がこの条件を満たす
ことを見い出した。さらに炭化水素を原料とするイオン
ビーム法では、一つ一つのイオン種が1個の炭化水素分
子のイオン(CnHmM+)か、同分子の分解したもの(Cn
-xHm-yM+)であるので、平滑一様の膜が容易に成膜でき
る。また、イオンビームが高エネルギーで照射されるの
で、他の成膜法(CVD法など)と比べて付着力の強い
硬質炭素膜を成膜できる。
水素のイオンビームによる成膜方法がこの条件を満たす
ことを見い出した。さらに炭化水素を原料とするイオン
ビーム法では、一つ一つのイオン種が1個の炭化水素分
子のイオン(CnHmM+)か、同分子の分解したもの(Cn
-xHm-yM+)であるので、平滑一様の膜が容易に成膜でき
る。また、イオンビームが高エネルギーで照射されるの
で、他の成膜法(CVD法など)と比べて付着力の強い
硬質炭素膜を成膜できる。
【0022】基材の表面と膜との付着力が強固でなくて
は、たとえ膜自身が非常に硬質であっても基材−膜の界
面で膜の剥離がおこって実用的使用が不可能である。と
ころがタングステンカーバイドと硬質炭素膜との付着性
は強いために条件を満たし、かつタングステンカーバ
イド自身も硬いために条件を満たすので、タングステ
ンカーバイドは硬質炭素膜をコーティングするのに優れ
た材料である。
は、たとえ膜自身が非常に硬質であっても基材−膜の界
面で膜の剥離がおこって実用的使用が不可能である。と
ころがタングステンカーバイドと硬質炭素膜との付着性
は強いために条件を満たし、かつタングステンカーバ
イド自身も硬いために条件を満たすので、タングステ
ンカーバイドは硬質炭素膜をコーティングするのに優れ
た材料である。
【0023】このようにして本発明者は、皮剥きダイス
および気相法により成膜される硬質炭素膜について、鋭
意研究を重ねた結果、従来の超硬合金製のダイスにイオ
ンビーム法で硬質炭素膜が非常に強固に蒸着可能なこと
を見いだし、これをもとに本発明を完成したものであ
る。
および気相法により成膜される硬質炭素膜について、鋭
意研究を重ねた結果、従来の超硬合金製のダイスにイオ
ンビーム法で硬質炭素膜が非常に強固に蒸着可能なこと
を見いだし、これをもとに本発明を完成したものであ
る。
【0024】硬質炭素膜の膜厚が0.1μm未満では耐
摩耗性の効果が減ってしまう。また膜厚が100μm超
では膜の内部応力が膜中で解消されてかえって膜硬度が
低下してしまう。そのために皮剥きダイスにコーティン
グする硬質炭素膜の厚みは0.1μm以上100μm以
下が望ましい範囲である。
摩耗性の効果が減ってしまう。また膜厚が100μm超
では膜の内部応力が膜中で解消されてかえって膜硬度が
低下してしまう。そのために皮剥きダイスにコーティン
グする硬質炭素膜の厚みは0.1μm以上100μm以
下が望ましい範囲である。
【0025】皮剥きダイスは使用時にはすくい面に応力
が集中するので、硬質炭素膜をすくい面にコーティング
するとダイス寿命は著しく伸長する。また、すくい面に
加えて線材が通過する穴の内径部にも硬質炭素膜をコー
ティングすると、より摩擦が低減されるので効果があ
る。
が集中するので、硬質炭素膜をすくい面にコーティング
するとダイス寿命は著しく伸長する。また、すくい面に
加えて線材が通過する穴の内径部にも硬質炭素膜をコー
ティングすると、より摩擦が低減されるので効果があ
る。
【0026】本発明に用いる硬質炭素膜のコーティング
方法としては、カウフマン型イオン源、バケット型イオ
ン源、ホール型イオン源等の各種イオン源で発生される
炭化水素分子のイオンビームを照射する方法を適用する
ことができる。ここでは図3に示すカウフマン型イオン
源(装置全体をイオン化蒸着装置と呼ぶ)によりコーテ
ィングする方法を例にして説明する。まず蒸着の条件に
ついて説明する。原料は炭化水素等を用いる。操作圧力
は方法に応じて、常圧から10~5Torrに保たれる。蒸着
される内径部部分と蒸着膜との密着性をよくするため
に、伸線ダイスの内径部部分を室温以上に保ことが望ま
しい。
方法としては、カウフマン型イオン源、バケット型イオ
ン源、ホール型イオン源等の各種イオン源で発生される
炭化水素分子のイオンビームを照射する方法を適用する
ことができる。ここでは図3に示すカウフマン型イオン
源(装置全体をイオン化蒸着装置と呼ぶ)によりコーテ
ィングする方法を例にして説明する。まず蒸着の条件に
ついて説明する。原料は炭化水素等を用いる。操作圧力
は方法に応じて、常圧から10~5Torrに保たれる。蒸着
される内径部部分と蒸着膜との密着性をよくするため
に、伸線ダイスの内径部部分を室温以上に保ことが望ま
しい。
【0027】以下に本発明の方法について説明する。既
に述べたように、これまでの皮剥きダイスとしては、超
硬合金であるタングステンカーバイドの焼結体が使用さ
れているが、本発明ではこの超硬合金製の皮剥きダイス
に気相法で硬質炭素膜の蒸着を行なうものである。本発
明に用いる硬質炭素膜の形成方法としては、被膜の基体
への付着性、膜質の均一性、膜表面の平滑性、生産性と
いう点から、特開昭59−174507号公報、特開昭
59−174508号公報、または本発明者による特開
平2−274876、特開平2−290962、特開平
3−274269及び特開平4−304375等に開示
されているようなイオン化蒸着法が好ましい。
に述べたように、これまでの皮剥きダイスとしては、超
硬合金であるタングステンカーバイドの焼結体が使用さ
れているが、本発明ではこの超硬合金製の皮剥きダイス
に気相法で硬質炭素膜の蒸着を行なうものである。本発
明に用いる硬質炭素膜の形成方法としては、被膜の基体
への付着性、膜質の均一性、膜表面の平滑性、生産性と
いう点から、特開昭59−174507号公報、特開昭
59−174508号公報、または本発明者による特開
平2−274876、特開平2−290962、特開平
3−274269及び特開平4−304375等に開示
されているようなイオン化蒸着法が好ましい。
【0028】イオン化蒸着法はガス分子を正イオンにイ
オン化し、これを負のバイアスで加速して基板に衝突堆
積させるイオンビーム方式の成膜装置である。イオン注
入用のイオンビーム装置と異なる点は、動作ガス圧力が
より高圧の領域であること及びイオンの加速電圧が比較
的低いことと、イオン電流が大きいことなどが挙げられ
る。
オン化し、これを負のバイアスで加速して基板に衝突堆
積させるイオンビーム方式の成膜装置である。イオン注
入用のイオンビーム装置と異なる点は、動作ガス圧力が
より高圧の領域であること及びイオンの加速電圧が比較
的低いことと、イオン電流が大きいことなどが挙げられ
る。
【0029】図3にイオン化蒸着装置の原理図を示す。
減圧下に硬質炭素膜の原料となる炭化水素ガスを導入
し、これをグロー放電と赤熱フィラメント33によりイ
オン化させ、電磁石34の広がり磁場でこのイオンを引
き出す。電磁石で覆われたこの部分をイオン源という。
引き出されたイオンは負のバイアス電圧がかけられた基
材31に向かって加速され、基材に衝突、蒸着する。
減圧下に硬質炭素膜の原料となる炭化水素ガスを導入
し、これをグロー放電と赤熱フィラメント33によりイ
オン化させ、電磁石34の広がり磁場でこのイオンを引
き出す。電磁石で覆われたこの部分をイオン源という。
引き出されたイオンは負のバイアス電圧がかけられた基
材31に向かって加速され、基材に衝突、蒸着する。
【0030】原料ガスとしては、メタン、エタン、アセ
チレン、ベンゼン等の容易に気体として導入できる炭化
水素を用いれば良いが、中でも構造が単純なメタンが好
ましい。水素ガスを前述の原料ガスの希釈ガスとして用
いてもさしつかえない。容器内の圧力は、プラズマを発
生させてしかもイオンを加速することが必要なため、1
×10~6Torrから1Torrでよいが、膜質、膜生成速度の
点からは1×10~4Torrから1×10~1Torrが望まし
い。
チレン、ベンゼン等の容易に気体として導入できる炭化
水素を用いれば良いが、中でも構造が単純なメタンが好
ましい。水素ガスを前述の原料ガスの希釈ガスとして用
いてもさしつかえない。容器内の圧力は、プラズマを発
生させてしかもイオンを加速することが必要なため、1
×10~6Torrから1Torrでよいが、膜質、膜生成速度の
点からは1×10~4Torrから1×10~1Torrが望まし
い。
【0031】基材の温度としては室温(25℃程度)か
ら600℃とすると良好な薄膜が形成される。その範囲
内でも特に室温から300℃が好ましい範囲である。基
材温度が600℃よりも高くなると作成される膜は黒鉛
状になりやすく、またたとえ硬質炭素膜ができても放冷
して室温に戻すと、基材と膜との間の残留熱応力が大き
くなり、その後の使用中に膜が剥離し易くなる。
ら600℃とすると良好な薄膜が形成される。その範囲
内でも特に室温から300℃が好ましい範囲である。基
材温度が600℃よりも高くなると作成される膜は黒鉛
状になりやすく、またたとえ硬質炭素膜ができても放冷
して室温に戻すと、基材と膜との間の残留熱応力が大き
くなり、その後の使用中に膜が剥離し易くなる。
【0032】基材とイオン源との間のバイアス電圧は−
50Vから−1500Vとし、中でも−500Vから−
1000Vが好ましい範囲である。炭化水素イオンがバ
イアス電圧により加速されて基材に衝突すると、衝突エ
ネルギーにより衝突したイオンのC−H結合が切れて、
水素原子は弾き出されてしまう。この、水素原子が弾き
出される量は、衝突するイオンの運動エネルギー即ちバ
イアス電圧に従っており、バイアス電圧が−50V未満
では水素が多い有機的な軟らかい膜になりやすく、バイ
アス電圧が−1500V超では黒鉛状の膜になり、さら
には膜の自己スパッタリングが生じ成膜速度が低下す
る。
50Vから−1500Vとし、中でも−500Vから−
1000Vが好ましい範囲である。炭化水素イオンがバ
イアス電圧により加速されて基材に衝突すると、衝突エ
ネルギーにより衝突したイオンのC−H結合が切れて、
水素原子は弾き出されてしまう。この、水素原子が弾き
出される量は、衝突するイオンの運動エネルギー即ちバ
イアス電圧に従っており、バイアス電圧が−50V未満
では水素が多い有機的な軟らかい膜になりやすく、バイ
アス電圧が−1500V超では黒鉛状の膜になり、さら
には膜の自己スパッタリングが生じ成膜速度が低下す
る。
【0033】イオン源での磁束密度は100Gから10
00Gの範囲が適当であり、300Gから500Gがよ
り好ましい範囲である。詳細な製造条件は、装置内のガ
ス導入口の配置、イオン源の大きさ、基材の位置などに
よって変化するので適宜、最適条件を設定することが望
ましい。
00Gの範囲が適当であり、300Gから500Gがよ
り好ましい範囲である。詳細な製造条件は、装置内のガ
ス導入口の配置、イオン源の大きさ、基材の位置などに
よって変化するので適宜、最適条件を設定することが望
ましい。
【0034】以上の方法で図1に示すように、硬質炭素
膜を蒸着することによって、耐摩耗性が著しく向上しダ
イスの寿命が大幅に向上する。また、硬質炭素膜は摩擦
係数が0.1から0.25と低いので線材、棒材の滑り
がよくなり伸線された材料の表面の平滑性、光沢が優れ
ている。図1において11は皮剥きダイスのすくい面で
12は内径部、13はコーティング層である。コーティ
ングされた硬質炭素膜は摩耗が極めて少ないので、皮剥
きダイスの寿命は大幅に向上する。
膜を蒸着することによって、耐摩耗性が著しく向上しダ
イスの寿命が大幅に向上する。また、硬質炭素膜は摩擦
係数が0.1から0.25と低いので線材、棒材の滑り
がよくなり伸線された材料の表面の平滑性、光沢が優れ
ている。図1において11は皮剥きダイスのすくい面で
12は内径部、13はコーティング層である。コーティ
ングされた硬質炭素膜は摩耗が極めて少ないので、皮剥
きダイスの寿命は大幅に向上する。
【0035】図3に示すイオン源に、正対する向きに皮
剥きダイスのすくい面を向けてイオンビームを照射する
と、図1のようにすくい面のみに硬質炭素膜がコーティ
ングされる。さらにこれに加えて、イオン源に対して皮
剥きダイスのすくい面が裏側になる向きにイオンビーム
を照射すると、図2の22に示すダイスの内壁に硬質炭
素膜がコーティングされる。その際イオン源の電磁石3
4を源とする磁力線を皮剥きダイス付近に設置する磁石
によって制御してやることで、イオンビームの方向が制
御でき、硬質炭素を制御性良く皮剥きダイス内壁にコー
ティングできる。
剥きダイスのすくい面を向けてイオンビームを照射する
と、図1のようにすくい面のみに硬質炭素膜がコーティ
ングされる。さらにこれに加えて、イオン源に対して皮
剥きダイスのすくい面が裏側になる向きにイオンビーム
を照射すると、図2の22に示すダイスの内壁に硬質炭
素膜がコーティングされる。その際イオン源の電磁石3
4を源とする磁力線を皮剥きダイス付近に設置する磁石
によって制御してやることで、イオンビームの方向が制
御でき、硬質炭素を制御性良く皮剥きダイス内壁にコー
ティングできる。
【0036】特願平04−139479号、特願平04
−189754号及び特願平04−283259号に開
示される、ビッカース硬度550以上の、6μm以上2
5μm以下の粒径の等軸α晶組織と針状α晶組織を有す
るα+β型チタン合金、またはα晶の幅が1μm以上4
μm以下である針状α晶組織を有する高強度のα+β型
チタン合金線材の表面酸化膜切削工程に、本発明による
硬質炭素膜がコーティングされた皮剥きダイスを用いる
と高い耐久性を示す。そのほかの超硬製またはダイヤモ
ンド製皮剥きダイスを用いると、これらのダイスは直ち
に破壊されてしまう。以下に実施例を用いて説明する。
−189754号及び特願平04−283259号に開
示される、ビッカース硬度550以上の、6μm以上2
5μm以下の粒径の等軸α晶組織と針状α晶組織を有す
るα+β型チタン合金、またはα晶の幅が1μm以上4
μm以下である針状α晶組織を有する高強度のα+β型
チタン合金線材の表面酸化膜切削工程に、本発明による
硬質炭素膜がコーティングされた皮剥きダイスを用いる
と高い耐久性を示す。そのほかの超硬製またはダイヤモ
ンド製皮剥きダイスを用いると、これらのダイスは直ち
に破壊されてしまう。以下に実施例を用いて説明する。
【0037】
実施例1 超硬合金中のタングステンカーバイド合金粒径が1.5
μmの、内径7.7mmの皮剥きダイスのすくい面に、
硬質炭素膜をイオン化蒸着装置を用いて図1に示すよう
に1μm厚コーティングした。コーティング条件は以下
の通り。
μmの、内径7.7mmの皮剥きダイスのすくい面に、
硬質炭素膜をイオン化蒸着装置を用いて図1に示すよう
に1μm厚コーティングした。コーティング条件は以下
の通り。
【0038】
【表1】
【0039】この皮剥きダイスを、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-
4Zr合金線材(径7.8mm)の表面酸化膜切削工程に
用いて、線材の送り速度50m/minにて仕上げ切削を
行なった。その結果、表面光沢の優れた線材が製造でき
た。また目視による仕上げ線材の不良発生までに、77
kgの線材の表面酸化膜切削処理を行なえた。
4Zr合金線材(径7.8mm)の表面酸化膜切削工程に
用いて、線材の送り速度50m/minにて仕上げ切削を
行なった。その結果、表面光沢の優れた線材が製造でき
た。また目視による仕上げ線材の不良発生までに、77
kgの線材の表面酸化膜切削処理を行なえた。
【0040】比較として、硬質炭素膜をコーティングし
ていない同ダイスを同条件にて用いたところ、表面光沢
のやや劣った線材が製造され、目視による線材の不良発
生までに1.5kgの線材の処理しかできなかった。ま
た比較として、焼結ダイヤモンドからなる同型の皮剥き
ダイスを同条件にて用いたところ、ダイスが直ちに欠損
し、0.2kgの線材の処理しか行なえなかった。
ていない同ダイスを同条件にて用いたところ、表面光沢
のやや劣った線材が製造され、目視による線材の不良発
生までに1.5kgの線材の処理しかできなかった。ま
た比較として、焼結ダイヤモンドからなる同型の皮剥き
ダイスを同条件にて用いたところ、ダイスが直ちに欠損
し、0.2kgの線材の処理しか行なえなかった。
【0041】実施例2 超硬合金中のタングステンカーバイド合金粒径が0.3
8μmの、内径7.7mmの皮剥きダイスのすくい面と
穴の内径部に、硬質炭素膜をイオン化蒸着装置を用いて
図2に示すように1μm厚コーティングした。コーティ
ング条件は実施例1と同様である。
8μmの、内径7.7mmの皮剥きダイスのすくい面と
穴の内径部に、硬質炭素膜をイオン化蒸着装置を用いて
図2に示すように1μm厚コーティングした。コーティ
ング条件は実施例1と同様である。
【0042】この皮剥きダイスを、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-
4Zr合金線材(径7.8mm)の表面酸化膜切削工程に
用いて、線材の送り速度50m/minにて仕上げ切削を
行なった。その結果、表面光沢の優れた線材が製造でき
た。また目視による仕上げ線材の不良発生までに、87
kgの線材の表面酸化膜切削処理を行えた。
4Zr合金線材(径7.8mm)の表面酸化膜切削工程に
用いて、線材の送り速度50m/minにて仕上げ切削を
行なった。その結果、表面光沢の優れた線材が製造でき
た。また目視による仕上げ線材の不良発生までに、87
kgの線材の表面酸化膜切削処理を行えた。
【0043】比較として、硬質炭素膜をコーティングし
ていない同ダイスを同条件にて用いたところ、表面光沢
のやや劣った線材が製造され、28kgの線材の処理し
かできなかった。
ていない同ダイスを同条件にて用いたところ、表面光沢
のやや劣った線材が製造され、28kgの線材の処理し
かできなかった。
【0044】実施例3 内径7.7mmの超硬性皮剥きダイスのすくい面に、図
3に示すイオン化蒸着装置を用いて硬質炭素膜を1μm
の厚みで図1に示すようにコーティングした。コーティ
ング条件は実施例1と同様である。
3に示すイオン化蒸着装置を用いて硬質炭素膜を1μm
の厚みで図1に示すようにコーティングした。コーティ
ング条件は実施例1と同様である。
【0045】この皮剥きダイスを特願平04−2832
59号に開示されるチタン合金線材(Ti-6Al-4V,径7.8m
m)の表面酸化膜切削工程に用いて、線材の送り速度5
0m/minにて仕上げ切削を行なった。その結果、表面
光沢の優れた線材が製造できた。また目視による仕上げ
線材の不良発生までに、100kgの線材の表面酸化膜
切削処理を行えた。
59号に開示されるチタン合金線材(Ti-6Al-4V,径7.8m
m)の表面酸化膜切削工程に用いて、線材の送り速度5
0m/minにて仕上げ切削を行なった。その結果、表面
光沢の優れた線材が製造できた。また目視による仕上げ
線材の不良発生までに、100kgの線材の表面酸化膜
切削処理を行えた。
【0046】比較として、硬質炭素膜がコーティングさ
れていない同ダイスを同条件にて用いたところ、表面光
沢のやや劣った線材が製造され、目視による線材不良発
生までに2kgの線材の処理しかできなかった。また比
較として、焼結ダイヤモンドからなる同型の皮剥きダイ
スを同条件にて用いたところ、ダイスがただちに欠損
し、0.1kgの線材の皮剥きしか行なえなかった。
れていない同ダイスを同条件にて用いたところ、表面光
沢のやや劣った線材が製造され、目視による線材不良発
生までに2kgの線材の処理しかできなかった。また比
較として、焼結ダイヤモンドからなる同型の皮剥きダイ
スを同条件にて用いたところ、ダイスがただちに欠損
し、0.1kgの線材の皮剥きしか行なえなかった。
【0047】
【発明の効果】以上の実施例で説明したように、本方法
を用いて皮剥きダイスに表面処理をおこなうことで、該
ダイスに耐摩耗性、低摩擦係数が付与され、金属線材の
仕上げ工程において、ダイスの長寿命化が可能となっ
た。金属線材の皮剥き工程において、ダイスの長寿命化
と低コスト化が達成されれば、製造経費が大幅に改善さ
れ、本発明はそれを可能にするものである。
を用いて皮剥きダイスに表面処理をおこなうことで、該
ダイスに耐摩耗性、低摩擦係数が付与され、金属線材の
仕上げ工程において、ダイスの長寿命化が可能となっ
た。金属線材の皮剥き工程において、ダイスの長寿命化
と低コスト化が達成されれば、製造経費が大幅に改善さ
れ、本発明はそれを可能にするものである。
【図1】は硬質炭素膜13を皮剥きダイスのすくい面1
1にコーティングした皮剥きダイスの模式図である。
1にコーティングした皮剥きダイスの模式図である。
【図2】は硬質炭素膜23を皮剥きダイスのすくい面2
1と内面22にコーティングした皮剥きダイスの模式図
である。
1と内面22にコーティングした皮剥きダイスの模式図
である。
【図3】はイオン化蒸着装置の原理図である。
11:すくい面、 12:内径部、 13:コーティン
グ層、 21:すくい面、22:内径部、 23:コー
ティング層、 31:基材、 32:グリッド、 3
3:フィラメント、 34:電磁石、 35:ガス導入
管。
グ層、 21:すくい面、22:内径部、 23:コー
ティング層、 31:基材、 32:グリッド、 3
3:フィラメント、 34:電磁石、 35:ガス導入
管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 左田野 豊 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 水田 賀夫 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 山地 千博 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (3)
- 【請求項1】 主にタングステンカーバイドからなる超
硬合金製の皮剥きダイスのすくい面のみ、あるいはすく
い面と穴の内径部に硬質炭素膜を厚み0.1μm以上1
00μm以下コーティングしてなる高耐久皮剥きダイ
ス。 - 【請求項2】 超硬合金中のタングステンカーバイド合
金粒径が、0.1μm以上1.0μm以下であることを
特徴とする請求項1記載の高耐久皮剥きダイス。 - 【請求項3】 超硬合金製の皮剥きダイスのすくい面の
み、あるいはすくい面と穴の内径部に硬質炭素膜をイオ
ンビーム法にて0.1μm以上100μm以下の厚みに
コーティングすることを特徴とする高耐久皮剥きダイス
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17296894A JPH0839132A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 高耐久皮剥きダイスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17296894A JPH0839132A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 高耐久皮剥きダイスおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0839132A true JPH0839132A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=15951701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17296894A Withdrawn JPH0839132A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 高耐久皮剥きダイスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0839132A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011173156A (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Bridgestone Corp | 金属伸線用ダイス及びスチールコードの伸線方法 |
WO2012048692A2 (de) | 2010-10-08 | 2012-04-19 | Msm Krystall Gbr | Wendeschneidplatte und verfahren zu deren herstellung |
-
1994
- 1994-07-26 JP JP17296894A patent/JPH0839132A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011173156A (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Bridgestone Corp | 金属伸線用ダイス及びスチールコードの伸線方法 |
WO2012048692A2 (de) | 2010-10-08 | 2012-04-19 | Msm Krystall Gbr | Wendeschneidplatte und verfahren zu deren herstellung |
WO2012048692A3 (de) * | 2010-10-08 | 2012-08-09 | Msm Krystall Gbr | Wendeschneidplatte und verfahren zu deren herstellung |
US20130330137A1 (en) * | 2010-10-08 | 2013-12-12 | Msm Krystall Gbr | Indexable insert, and method for the production thereof |
US9457408B2 (en) * | 2010-10-08 | 2016-10-04 | Msm Krystall Gbr | Indexable insert, and method for the production thereof |
DE102010038077B4 (de) | 2010-10-08 | 2018-05-30 | Msm Krystall Gbr (Vertretungsberechtigte Gesellschafter: Dr. Rainer Schneider, 12165 Berlin; Arno Mecklenburg, 10999 Berlin) | Wendeschneidplatte und Verfahren zu deren Herstellung |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011002 |