JPH09314253A - Member for plastic working of metal - Google Patents
Member for plastic working of metalInfo
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- JPH09314253A JPH09314253A JP13843796A JP13843796A JPH09314253A JP H09314253 A JPH09314253 A JP H09314253A JP 13843796 A JP13843796 A JP 13843796A JP 13843796 A JP13843796 A JP 13843796A JP H09314253 A JPH09314253 A JP H09314253A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、軟質金属またはそ
れら軟質金属を主成分とした合金、軟鉄、あるいはそれ
らの金属表面に有機樹脂膜が被覆された金属部材を、圧
延、引き抜き、せん断加工、曲げ、絞り、圧縮、転造な
どの塑性加工するのに使用される金属塑性加工用部材に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soft metal, an alloy containing such a soft metal as a main component, soft iron, or a metal member having a metal surface coated with an organic resin film. The present invention relates to a metal plastic working member used for plastic working such as bending, drawing, compression and rolling.
【0002】[0002]
【従来技術】アルミニウム、銅、亜鉛、錫および鉛や、
軟鉄等を塑性加工する場合に用いられる金属塑性加工用
部材は、上記被加工金属と接触し、場合によっては摺動
しながら塑性変形させるため、部材の材質としては、耐
摩耗性が高く、摩擦係数が低い、即ち、摺動特性に優れ
ていることが要求されている。2. Description of the Related Art Aluminum, copper, zinc, tin and lead,
Metal plastic working members used when plastic working soft iron etc. are in contact with the above-mentioned metal to be worked and in some cases plastically deform while sliding, so the material of the member has high wear resistance and friction. It is required that the coefficient is low, that is, the sliding property is excellent.
【0003】そのために、従来、軟質金属を加工するた
めの部材としては、超硬合金製のものが最も一般的に使
われる他、サーメット、あるいはアルミナ、ジルコニア
などのセラミックスを用いることも提案されている。Therefore, conventionally, as a member for processing a soft metal, one made of cemented carbide is most commonly used, and it is also proposed to use cermet or ceramics such as alumina and zirconia. There is.
【0004】また、耐摩耗性を向上させる1つの手段と
して、金属と接触する部材表面に高硬度のダイヤモンド
膜を形成することも従来から知られている。Further, as one means for improving wear resistance, it has been conventionally known to form a diamond film having high hardness on the surface of a member which comes into contact with a metal.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、軟質金
属の塑性加工にあたって、その量産性に伴い加工速度が
高速化したり、加工条件が過酷になるにつれて、加工用
部材の摩耗が激しくなり、従来の超硬合金、サーメッ
ト、セラミックスからなる部材においても、その摩耗が
極度に進行する傾向にある。特に、アルミニウム、銅、
軟鉄などの軟質金属や有機樹脂膜を形成した金属を加工
する場合は、焼結体の表面に存在するボイド部に軟質金
属や有機樹脂膜が詰まり、溶着や凝着が起こりビルドア
ップ現象を引き起こし、加工後の被加工金属表面が荒れ
るといった問題があった。However, in the plastic working of soft metal, as the working speed becomes faster due to its mass productivity and the working conditions become severe, the wear of the working member becomes more severe, and the conventional super-compact The wear of members made of hard alloys, cermets and ceramics also tends to be extremely advanced. In particular, aluminum, copper,
When processing a soft metal such as soft iron or a metal with an organic resin film formed, the voids existing on the surface of the sintered body are clogged with the soft metal or organic resin film, causing welding or adhesion and causing a build-up phenomenon. However, there is a problem that the surface of the metal to be processed becomes rough after processing.
【0006】加工用部材の耐摩耗性を向上させる1つの
方法としては、加工用部材の表面に高硬度のダイヤモン
ド膜を被覆することが考えられる。しかしながら、従来
のダイヤモンド膜は、一般にマイクロ波CVD法等の気
相成長法によって形成され、その表面にはダイヤモンド
結晶粒による凹凸が存在し、また膜内にもボイドが存在
する。このような表面には凹凸やボイドが存在するため
に、ある程度の耐摩耗性は改善されてもビルドアップ現
象を防止することができないものであった。As one method for improving the wear resistance of the working member, it is conceivable to coat the surface of the working member with a diamond film of high hardness. However, a conventional diamond film is generally formed by a vapor phase growth method such as a microwave CVD method, and unevenness due to diamond crystal grains exists on the surface thereof, and voids also exist in the film. Since unevenness and voids exist on such a surface, even if the wear resistance is improved to some extent, the build-up phenomenon cannot be prevented.
【0007】さらに、最近では、軟質金属の表面に保護
膜あるいは金属成分の溶出を防止するために有機樹脂か
らなる膜が形成された金属部材もあり、このような金属
部材を塑性加工すると、その加工用部材の表面に有機樹
脂が凝着するなどの問題があった。Further, recently, there is also a metal member in which a protective film or a film made of an organic resin for preventing elution of metal components is formed on the surface of a soft metal. When such a metal member is plastically processed, There was a problem that the organic resin adhered to the surface of the processing member.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するための方法について検討を重ねた結果、軟質
金属からなる被加工金属、あるいはその表面に有機樹脂
膜が形成された部材における有機樹脂膜と接する部材表
面に、ラマン分光スペクトルにおいて1160±40c
m- 1 と1340±40cm- 1 にピークが存在する硬
質炭素膜を形成すると、極めて優れた耐摩耗性とビルド
アップ現象のない生産性に優れた塑性加工用部材を提供
できることを見いだし本発明に至った。As a result of repeated studies on the method for solving the above-mentioned problems, the present inventors have found that a metal to be processed made of a soft metal or a member having an organic resin film formed on the surface thereof. On the surface of the member that is in contact with the organic resin film in 1600 ± 40c in Raman spectrum
It was found that by forming a hard carbon film having peaks at m −1 and 1340 ± 40 cm −1, it is possible to provide a plastic working member having extremely excellent wear resistance and excellent productivity without build-up phenomenon. I arrived.
【0009】即ち、本発明の金属塑性加工用部材は、軟
質金属、あるいは表面に有機樹脂膜が形成された軟質金
属を塑性加工するための加工用部材であって、前記金属
または前記有機樹脂膜に接する部材表面が、ラマン分光
スペクトルにおいて1340±40cm-1と1160±
40cm-1にピークが存在し、且つ1160±40cm
-1に存在するピークのうち最も強度の強いピーク強度を
H1 、1340±40cm-1に存在するピークのうち最
も強度の強いピーク強度をH2 とした時、H1/H2 で
表されるピーク強度比が0.05乃至2の硬質炭素膜か
らなることを特徴とするものである。That is, the metal plastic working member of the present invention is a working member for plastic working a soft metal or a soft metal having an organic resin film formed on the surface thereof. The surface of the member in contact with is 1340 ± 40 cm -1 and 1160 ± in the Raman spectrum.
There is a peak at 40 cm -1 and 1160 ± 40 cm
Where H 1 is the strongest peak intensity among −1 peaks and H 2 is the highest peak intensity among 1340 ± 40 cm −1 peaks, it is expressed as H 1 / H 2. It is characterized by comprising a hard carbon film having a peak intensity ratio of 0.05 to 2.
【0010】さらに、前記硬質炭素膜が、金属または焼
結体からなる母材表面に形成されてなり、前記硬質炭素
膜と前記母材との間に、少なくともダイヤモンドと金属
炭化物を含有する中間層が存在することを特徴とするも
のである。Further, the hard carbon film is formed on the surface of a base material made of a metal or a sintered body, and an intermediate layer containing at least diamond and metal carbide is provided between the hard carbon film and the base material. Is present.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明における金属塑性加工用部
材は、軟質金属を加工するためのものであり、軟質金属
として具体的には、アルミニウム、銅、亜鉛、錫および
鉛の群から選ばれる少なくとも1種の金属あるいはそれ
らを主成分とする合金、軟鉄等が挙げられる。また、本
発明の加工用部材は、上記の軟質金属の表面に有機樹脂
膜が形成されたものに対しても適用される。表面に形成
される有機樹脂膜としては、ポリエチレンテレフタレー
ト(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビ
ニルアルコール、ナイロン等が挙げられる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The metal plastic working member according to the present invention is for working a soft metal, and the soft metal is specifically selected from the group consisting of aluminum, copper, zinc, tin and lead. At least one kind of metal, an alloy containing them as a main component, soft iron and the like can be mentioned. The processing member of the present invention is also applicable to the above-mentioned soft metal having an organic resin film formed on the surface thereof. Examples of the organic resin film formed on the surface include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene, polypropylene, polyvinyl alcohol, nylon and the like.
【0012】本発明における金属塑性加工用部材は、そ
の金属や金属表面に形成された有機樹脂膜と接触する箇
所にラマン分光分析のスペクトルチャートにおいて、1
160±40cm-1と1340±40cm-1にピークが
存在する硬質炭素膜を形成したものである。この硬質炭
素膜は、ダイヤモンドを主とするものであるが、一般に
知られるダイヤモンド膜は、高純度ダイヤモンドからな
り、炭素原子間がSP3 混成で結合された構造からな
り、ラマン分光スペクトルにおいて、1340±40c
m- 1 にのみピークを有するものであり、場合によって
SP2 混成で結合されたグラファイト構造の炭素等を含
む場合は、1500〜1600cm- 1 付近にブロード
なピークを有するものである。The metal plastic working member according to the present invention has a Raman spectroscopic analysis spectrum chart in which 1 is shown at a position where the metal and the organic resin film formed on the metal surface are in contact with each other.
A hard carbon film having peaks at 160 ± 40 cm −1 and 1340 ± 40 cm −1 is formed. This hard carbon film is mainly composed of diamond, but a generally known diamond film is composed of high-purity diamond and has a structure in which carbon atoms are bonded by SP 3 hybrid, and has a Raman spectrum of 1340. ± 40c
It has a peak only at m -1 , and if it contains carbon having a graphite structure that is bonded by SP 2 hybridization, it has a broad peak near 1500 to 1600 cm -1 .
【0013】これに対して、本発明における硬質炭素膜
は、1340±40cm-1に加え、1160±40cm
-1にピークを有するものである。この1160±40c
m-1のピークは、ダイヤモンド構造からなるものの、微
細な結晶のダイヤモンド粒子からなるためにその結晶の
周期が短いことを意味するものと考えられる。従って、
本発明における硬質炭素膜は、ダイヤモンド結晶が極め
て微細な粒子により構成されるもので、従来のようなダ
イヤモンド結晶による凹凸がなく平坦性に優れたもので
ある。また、グラファイト構造を微量含んでいても高硬
度と耐摩耗性を有するものである。On the other hand, the hard carbon film according to the present invention is 1160 ± 40 cm in addition to 1340 ± 40 cm −1.
It has a peak at -1 . This 1160 ± 40c
The peak at m -1 is considered to mean that although it has a diamond structure, the period of the crystal is short because it is composed of fine crystal diamond particles. Therefore,
In the hard carbon film of the present invention, the diamond crystal is composed of extremely fine particles, and is excellent in flatness without the unevenness caused by the conventional diamond crystal. Further, even if it contains a trace amount of graphite structure, it has high hardness and wear resistance.
【0014】よって、上記硬質炭素膜を所定の母材表面
に形成する場合において、あらゆる形状の母材の表面に
形成しても、母材表面形状に整合した平滑で緻密な膜面
を形成でき、軟質金属を曲げ加工用の型材や、線引きダ
イスのように金属と接する表面に高い平滑性が要求され
る場合においても母材表面を所望の表面粗さに仕上げて
おくと、平滑性に優れた硬質炭素膜を形成することがで
きる。仮に、膜表面を研磨する必要がある時も従来のダ
イヤモンド膜に比較して容易に研磨できるとともに、ボ
イドのない膜面を形成できる。Therefore, when the hard carbon film is formed on the surface of a predetermined base material, even if it is formed on the surface of the base material of any shape, a smooth and dense film surface conforming to the surface shape of the base material can be formed. Even when a soft metal is used for bending, or when the surface that contacts the metal is required to have high smoothness, such as a wire drawing die, finishing the base metal surface to the desired surface roughness results in excellent smoothness. It is possible to form a hard carbon film. Even if it is necessary to polish the film surface, it can be more easily polished than a conventional diamond film and a film surface without voids can be formed.
【0015】また、本発明における硬質炭素膜は、緻密
な膜で従来のダイヤモンド膜のように凹凸やボイドなど
の欠陥がないために、軟質金属のビルドアップ現象や有
機樹脂の加工用部材への凝着を防止することができる。Further, since the hard carbon film of the present invention is a dense film and has no defects such as irregularities and voids unlike the conventional diamond film, it has a build-up phenomenon of soft metal and an organic resin processing member. Adhesion can be prevented.
【0016】本発明における硬質炭素膜のラマン分光ス
ペクトルにおける1160±40cm-1のピーク強度に
ついて具体的に説明する。図1に示すように得られたラ
マンスペクトルの曲線において、1100cm-1と17
00cm-1の位置間で斜線を引き、これをベースライン
として、1160±40cm-1に存在するピークのうち
最も強度の高いピーク強度をH1 、1340±40cm
-1に存在するピークのうち最も強度の高いピーク強度を
H2 とする。このときH1 /H2 で表されるピーク強度
比が0.05乃至2であることが重要である。The peak intensity at 1160 ± 40 cm −1 in the Raman spectrum of the hard carbon film of the present invention will be specifically described. In the Raman spectrum curve obtained as shown in FIG. 1, 1100 cm −1 and 17
Pull the hatched between positions 00cm -1, this as a baseline, H 1 the highest intensity peak intensities of the peaks present in 1160 ± 40cm -1, 1340 ± 40cm
High peak intensity of most intense among the peaks present to -1 and H 2. At this time, it is important that the peak intensity ratio represented by H 1 / H 2 is 0.05 to 2.
【0017】このピーク強度比が小さすぎると、ダイヤ
モンド結晶粒子が大きく成長し過ぎ、膜中にボイドが発
生したり膜の表面粗さが大きくなり、耐摩耗性が低下し
たり軟質金属のビルドアップ現象や有機樹脂膜の凝着が
発生しやすくなる。また、ピーク強度比が大きすぎると
非晶質ダイヤモンドの存在が増加し、硬質炭素膜自体の
硬度が低下し耐摩耗性が低下する場合がある。このピー
ク強度比は0.1乃至1.0であることが望ましい。If the peak intensity ratio is too small, the diamond crystal particles grow too much, voids are generated in the film, the surface roughness of the film is increased, the wear resistance is lowered, and the build-up of soft metal is increased. The phenomenon and the adhesion of the organic resin film are likely to occur. On the other hand, if the peak intensity ratio is too large, the presence of amorphous diamond increases, and the hardness of the hard carbon film itself may decrease, and the wear resistance may decrease. This peak intensity ratio is desirably 0.1 to 1.0.
【0018】本発明における金属塑性加工用部材によれ
ば、上記硬質炭素膜は、所定の母材表面に被覆されたも
のであることが望ましい。その場合、硬質炭素膜は、母
材との密着性が高いことが要求される。金属加工用部材
の母材材種としては、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ
素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス、チタン
合金、超硬合金、サーメット、ステンレス鋼などの金属
が挙げられる。これらの中でも窒化ケイ素、炭化ケイ
素、超硬合金、サーメット、チタン合金が望ましい。こ
れらの母材はそのまま用いることもできるし、気相成長
法などの薄膜形成技術で、これらの母材材種を他の部材
表面に薄膜として形成されたものでもよい。According to the metal plastic working member of the present invention, it is desirable that the hard carbon film is coated on the surface of a predetermined base material. In that case, the hard carbon film is required to have high adhesion to the base material. Examples of the base material type of the metal-working member include ceramics such as silicon nitride, silicon carbide, alumina and zirconia, and metals such as titanium alloys, cemented carbides, cermets and stainless steels. Among these, silicon nitride, silicon carbide, cemented carbide, cermet and titanium alloy are preferable. These base materials may be used as they are, or may be formed by forming these base material types as thin films on the surface of another member by a thin film forming technique such as a vapor phase growth method.
【0019】また、硬質炭素膜の母材との密着性を高め
る上で、母材表面と硬質炭素膜との間に、少なくともダ
イヤモンドと金属炭化物との複合体からなる中間層を介
在させることにより、極めて密着性の良い硬質炭素膜を
形成することができる。In order to improve the adhesion of the hard carbon film to the base material, an intermediate layer made of a composite of at least diamond and metal carbide is interposed between the base material surface and the hard carbon film. It is possible to form a hard carbon film having extremely good adhesion.
【0020】このような中間層の介在によって硬質炭素
膜と母材との密着強度が向上する理由は次のように考え
られる。原子同士は電子を介在することにより結合され
ているが、一般に、原子間の電子が一方に存在して電気
的な結び付きにより結合しているイオン結合よりも、電
子を双方の原子で共有している共有結合の方が強い結合
力を持つ。ダイヤモンドは炭素の共有結合により構成さ
れているので強い結合力を有している。したがって、ダ
イヤモンドと異種化合物との密着強度を向上させるため
には類似の結合様式である共有結合性の化合物であるこ
とが望ましいと考えられる。またダイヤモンドの成分で
ある炭素を含む化合物の方がより整合性がよいと思われ
る。金属炭化物は数多く存在するがその多くはイオン性
結合を主体としたものである。共有結合性炭化物として
は炭化ケイ素や炭化ホウ素があるが、本発明の加工用部
材においては炭化ケイ素が最も望ましい。The reason why the adhesion strength between the hard carbon film and the base material is improved by interposing such an intermediate layer is considered as follows. Atoms are bonded by intervening electrons, but in general, electrons are shared by both atoms rather than ionic bonds, in which electrons between atoms are present on one side and bonded by electrical connection. An existing covalent bond has a stronger binding force. Diamond has a strong bonding force because it is constituted by a covalent bond of carbon. Therefore, in order to improve the adhesion strength between diamond and a different compound, it is considered that a covalent compound having a similar bonding mode is desirable. Also, it seems that a compound containing carbon which is a component of diamond has better consistency. There are many metal carbides, most of which are mainly ionic bonds. As the covalent bond carbide, there are silicon carbide and boron carbide, but silicon carbide is most preferable in the processing member of the present invention.
【0021】このような金属炭化物とダイヤモンドが混
在する中間層を硬質炭素膜と母材との間に形成すること
により、硬質炭素膜と母材との密着強度が向上する。ま
たこのダイヤモンドと、金属炭化物は層分離して存在し
ているのではなく、ダイヤモンドの周りを金属炭化物が
取り囲むような構造を呈し、ダイヤモンドが島状に分布
した構造となるために、いわゆるアンカー効果により密
着性が向上する。By forming such an intermediate layer containing a mixture of metal carbide and diamond between the hard carbon film and the base material, the adhesion strength between the hard carbon film and the base material is improved. In addition, the diamond and the metal carbide do not exist in a layer-separated state, but have a structure in which the metal carbide surrounds the diamond. This improves the adhesion.
【0022】本発明における硬質炭素膜を作製する方法
としては、従来より炭素膜を生成手段として、マイクロ
波や高周波によりプラズマを発生させて所定の基体表面
に炭素膜を形成する、いわゆるプラズマCVD法あるい
は熱フィラメント法が主流である。しかしながら、プラ
ズマCVD法では、プラズマ発生領域が小さいために、
成膜できる面積が小さく、成膜できる面積が一般に直径
20mm程度であり、加工用部材としての応用が限られ
る。また圧力が高すぎるか、もしくはプラズマ密度が低
すぎるために基体が複雑な構造を有する場合や曲面構造
を有する場合、その構造に沿った均一なプラズマが得ら
れず、膜厚分布が不均一になりやすい。As a method for producing a hard carbon film in the present invention, a so-called plasma CVD method has been used, in which a carbon film is conventionally used to generate plasma by microwaves or high frequencies to form a carbon film on a predetermined substrate surface. Alternatively, the hot filament method is the mainstream. However, in the plasma CVD method, since the plasma generation area is small,
The area in which a film can be formed is small, and the area in which a film can be formed is generally about 20 mm in diameter, and its application as a processing member is limited. In addition, when the pressure is too high or the plasma density is too low, if the substrate has a complicated structure or has a curved surface structure, uniform plasma along the structure cannot be obtained, and the film thickness distribution becomes uneven. Prone.
【0023】一方、熱フィラメントCVD法では、フィ
ラメントが切れやすく、また膜厚のバラツキを抑制する
ために母材の形状に合わせてフィラメントを設置する必
要があり、装置が汎用性に欠けるなどの欠点を有してい
る。On the other hand, in the hot filament CVD method, the filament is easily broken, and it is necessary to install the filament in conformity with the shape of the base material in order to suppress the variation in the film thickness, and the apparatus lacks versatility. have.
【0024】これに対して、プラズマCVD法における
プラズマ発生領域に磁界をかけた、いわゆる電子サイク
ロトロン共鳴プラズマCVD法によれば、低圧下(1t
orr以下)で高密度のプラズマを得ることができるた
めに、プラズマを広い領域に均一に発生させることがで
き、通常のプラズマCVD法に比較して約10倍程度の
面積に均一に膜の形成を行うことができる。On the other hand, according to the so-called electron cyclotron resonance plasma CVD method in which a magnetic field is applied to the plasma generation region in the plasma CVD method, a low pressure (1 t
or less), high-density plasma can be obtained, so that plasma can be uniformly generated in a wide area, and a film can be uniformly formed in an area about 10 times as large as that of a normal plasma CVD method. It can be performed.
【0025】よって、ここでは、電子サイクロトロン共
鳴プラズマCVD法(ECRプラズマCVD法)を例に
とって説明する。この方法では、内部に所定の母材が設
置された反応炉内に反応ガスを導入すると同時に2.4
5GHzのマイクロ波を導入する。それと同時にこの領
域に対して875ガウス以上のレベルの磁界を印加す
る。これにより電子はサイクロトロン周波数f=eB/
2πm(但し,m:電子の質量、e:電子の電荷,B:
磁束密度)にもとづきサイクロトロン運動を起こす。こ
の周波数がマイクロ波の周波数(2.45GHz)と一
致すると共鳴し、電子はマイクロ波のエネルギーを著し
く吸収して加速され、中性分子に衝突、電離を生じせし
めて高密度のプラズマを生成するようになる。この時の
母材の温度は150〜1000℃、炉内圧力1×10-2
〜1torrに設定される。Therefore, the electron cyclotron resonance plasma CVD method (ECR plasma CVD method) will be described here as an example. In this method, a reaction gas is introduced into a reaction furnace in which a predetermined base material is installed, and at the same time, 2.4 is introduced.
A microwave of 5 GHz is introduced. At the same time, a magnetic field of a level of 875 Gauss or more is applied to this region. This allows the electrons to have a cyclotron frequency f = eB /
2πm (m: mass of electron, e: charge of electron, B:
Cyclotron motion is generated based on the magnetic flux density). When this frequency coincides with the microwave frequency (2.45 GHz), it resonates and electrons are remarkably absorbed by the energy of the microwave, accelerated, collide with neutral molecules and cause ionization to generate high-density plasma. Become like At this time, the temperature of the base material was 150 to 1000 ° C., and the furnace pressure was 1 × 10 −2.
11 torr.
【0026】かかる方法によれば、成膜時の母材温度、
炉内圧力および反応ガス濃度を変化させることにより成
膜される硬質炭素膜の成分等が変化する。具体的には、
炉内圧力が高くなるとプラズマの領域が小さくなり、膜
の成長速度が下がるが結晶性は向上する傾向にある。ま
た、反応ガス濃度が高くなると、膜を構成する粒子の大
きさが小さくなり、結晶性が悪くなる傾向にある。これ
らの条件を具体的には後述する実施例に記載されるよう
に適宜制御することにより、前述したH1 /H2 比を制
御することができる。According to this method, the base material temperature during film formation,
By changing the furnace pressure and the reaction gas concentration, the components and the like of the formed hard carbon film change. In particular,
As the pressure in the furnace increases, the area of the plasma decreases, and the growth rate of the film decreases, but the crystallinity tends to improve. Also, when the concentration of the reaction gas increases, the size of the particles constituting the film tends to decrease, and the crystallinity tends to deteriorate. Specifically these conditions by controlled appropriately as described in the examples below, it is possible to control the H 1 / H 2 ratio described above.
【0027】上記の成膜方法において、本発明の金属塑
性加工用部材を作製する場合、硬質炭素膜は、原料ガス
として水素と、炭素含有ガスを用いる。用いる炭素含有
ガスとしては、例えば、メタン、エタン、プロパンなど
のアルカン類、エチレン、プロピレンなどのアルケン
類、アセチレンなどのアルキン類、ベンゼンなどの芳香
族炭化水素類、シクロプロパンなどのシクロパラフィン
類、シクロペンテンなどのシクロオレフィン類などが挙
げられる。また一酸化炭素、二酸化炭素、メチルアルコ
ール、エチルアルコール、アセトンなどの含酸素炭素化
合物、モノ(ジ、トリ)メチルアミン、モノ(ジ、ト
リ)エチルアミンなどの含窒素炭素化合物なども炭素源
ガスとして使用することができる。これらは一種単独で
用いることもできるし、二種以上で併用することもでき
る。In the above film forming method, when the metal plastic working member of the present invention is produced, the hard carbon film uses hydrogen and carbon-containing gas as raw material gases. Examples of the carbon-containing gas used include, for example, alkanes such as methane, ethane, and propane; alkenes such as ethylene and propylene; alkynes such as acetylene; aromatic hydrocarbons such as benzene; cycloparaffins such as cyclopropane; And cycloolefins such as cyclopentene. Oxygen-containing carbon compounds such as carbon monoxide, carbon dioxide, methyl alcohol, ethyl alcohol and acetone, and nitrogen-containing carbon compounds such as mono (di, tri) methylamine and mono (di, tri) ethylamine are also used as carbon source gases. Can be used. These can be used alone or in combination of two or more.
【0028】また、前述したようなダイヤモンドと炭化
ケイ素の混合物からなる中間層を形成するには、所望に
よりダイヤモンド核発生処理を行った後、反応ガスとし
て、水素と、炭素含有ガスおよびケイ素含有ガスを導入
する。前記ケイ素含有ガスとしては、四フッ化ケイ素、
四塩化ケイ素、四臭化ケイ素などのハロゲン化物、二酸
化ケイ素などの酸化物の他に、モノ(ジ、トリ、テト
ラ、ペンタ)シラン、モノ(ジ、トリ、テトラ)メチル
シランなどのシラン化合物、トリメチルシラノールなど
のシラノール化合物などが挙げられる。これらは一種単
独で用いることもできるし、二種以上で併用することも
できる。In order to form the intermediate layer made of a mixture of diamond and silicon carbide as described above, after performing a diamond nucleation treatment, if desired, hydrogen, a carbon-containing gas and a silicon-containing gas are used as reaction gases. To introduce. As the silicon-containing gas, silicon tetrafluoride,
In addition to halides such as silicon tetrachloride and silicon tetrabromide, oxides such as silicon dioxide, silane compounds such as mono (di, tri, tetra, penta) silane and mono (di, tri, tetra) methylsilane, and trimethyl And silanol compounds such as silanol. These can be used alone or in combination of two or more.
【0029】このように、本発明によれば、軟質金属と
接する塑性加工用部材の硬質炭素膜は、微粒組織のダイ
ヤモンドを主体とするものであるために、緻密質でかつ
膜表面にボイド等の欠陥がない。したがって軟質金属の
塑性加工時の摺動面にこの硬質炭素膜を形成すると、軟
質金属のビルドアップ現象を防止でき部材の長寿命化を
図ることができる。また被加工金属の表面に有機樹脂膜
が形成されている場合も、有機樹脂の加工用部材への凝
着防止に対しても効果がある。As described above, according to the present invention, since the hard carbon film of the plastic working member which is in contact with the soft metal is mainly composed of diamond having a fine grain structure, it is dense and has voids or the like on the film surface. There are no defects. Therefore, if this hard carbon film is formed on the sliding surface of the soft metal during plastic working, the build-up phenomenon of the soft metal can be prevented and the life of the member can be extended. Further, even when an organic resin film is formed on the surface of the metal to be processed, it is effective for preventing the adhesion of the organic resin to the processing member.
【0030】また、部材表面と硬質炭素膜との間に、少
なくともダイヤモンドと金属炭化物とを含む中間層を介
在させることにより、硬質炭素膜の母材への密着性を高
めることができるために、硬質炭素膜の母材からの剥離
等を防止できる。Further, by interposing an intermediate layer containing at least diamond and metal carbide between the surface of the member and the hard carbon film, the adhesion of the hard carbon film to the base material can be enhanced, It is possible to prevent the hard carbon film from peeling off from the base material.
【0031】[0031]
(実施例1)電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD装
置の炉内に、母材として窒化ケイ素質焼結体(Y2O33重
量%、Al2O3 4重量%含有)、チタン合金(Ti−6A
l−4V)のいずれかを設置した。(Example 1) in an oven at electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus, silicon nitride sintered bodies as the base material (Y 2 O 3 3% by weight, Al 2 O 3 4% by weight containing), titanium alloy (Ti-6A
1-4V) was installed.
【0032】そこに、H2 297sccm、CH4 3s
ccmのガスを用いて、ガス濃度1%、母材温度650
℃、炉内圧力0.1torrで3時間処理して、ダイヤ
モンド核を発生させた後、原料ガスとしてH2 ガス、C
H4 ガスおよびSi(CH3)4 ガスを用いて、 H2 297sccm CH4 3sccm Si(CH3)4 0.3sccm の割合でガス濃度1%、母材温度650℃、炉内圧力
0.05torrの条件で電子サイクロトロン共鳴(E
CR)プラズマCVD法により最大2kガウスの強度の
磁場を印加させ、マイクロ波出力3.0KWの条件で1
0時間成膜して、ダイヤモンドと炭化ケイ素が混在した
厚さ1.0μmの中間層を形成した。There, H 2 297 sccm, CH 4 3s
ccm gas, gas concentration 1%, base material temperature 650
° C., 3 hours to at reactor pressure 0.1 torr, after generating the diamond nuclei, H 2 gas as the source gas, C
Using H 4 gas and Si (CH 3 ) 4 gas, the gas concentration is 1% at a rate of H 2 297 sccm CH 4 3 sccm Si (CH 3 ) 4 0.3 sccm, the base material temperature is 650 ° C., and the furnace pressure is 0.05 torr. Electron cyclotron resonance (E
CR) A magnetic field having a maximum intensity of 2 kGauss was applied by a plasma CVD method, and a microwave power of 3.0 KW was applied.
Film formation was performed for 0 hour to form an intermediate layer having a thickness of 1.0 μm in which diamond and silicon carbide were mixed.
【0033】また、表1中、試料No.4については、中
間層形成を H2 ガス 300sccm Si(CH3)4ガス 0.3sccm のガス比とする以外は前記と全く同様にして、炭化ケイ
素からなる中間層を1μmの厚みで形成し、同様に評価
を行った。Further, in Table 1, for sample No. 4, silicon carbide was prepared in exactly the same manner as above except that the intermediate layer was formed at a gas ratio of H 2 gas of 300 sccm Si (CH 3 ) 4 gas of 0.3 sccm. An intermediate layer made of was formed to a thickness of 1 μm and evaluated in the same manner.
【0034】次に、中間層の上に、純度99.9%以上
のH2 ガス、CH4 ガス、CO2 ガスを用いて、表1に
示すガス比、ガス濃度、母材温度、炉内圧力で成膜を行
い、4μmの硬質炭素膜を形成した。Next, H 2 gas, CH 4 gas, and CO 2 gas having a purity of 99.9% or more were used on the intermediate layer, and the gas ratio, gas concentration, base material temperature, and furnace temperature shown in Table 1 were used. Film formation was performed under pressure to form a hard carbon film of 4 μm.
【0035】成膜した硬質炭素膜に対して、膜表面のラ
マン分光スペクトル分析を行い、ラマン分光スペクトル
チャートから1100cm-1と1700cm-1の位置間
で線を引き、これをベースラインとし、1160±40
cm-1に存在する最大ピークのピーク強度をH1 、13
40±40cm-1に存在する最大ピークのピーク強度を
H2 として、H1 /H2 で表される強度比を算出した。
尚、表1中、試料No.3と試料No.9についてチャート
を図1、図2に示した。なお、ラマン分光分析における
発振源として、レーザーはArレーザー(発振線48
8.0nm)を用いた。[0035] For the formed hard carbon film, subjected to Raman spectrum analysis of the film surface, draw a line between positions 1100 cm -1 and 1700 cm -1 from the Raman spectrum chart, which was the baseline, 1160 ± 40
The peak intensity of the maximum peak existing at cm -1 is H 1 , 13
The peak intensity of the maximum peak present in 40 ± 40 cm -1 as H 2, was calculated intensity ratio expressed by H 1 / H 2.
In Table 1, charts of Sample No. 3 and Sample No. 9 are shown in FIGS. The laser used as an oscillation source in the Raman spectroscopic analysis was an Ar laser (oscillation line 48).
8.0 nm).
【0036】次に、得られた基板に対して、摺動特性を
ピンオンディスク法により評価した。摺動試験の条件
は、室温、大気中、無潤滑において、荷重39.2N、
摺動速度2m/sec、24時間で行った。ピンは曲率
半径Rが4.763mmのアルミニウム製のものを用い
た。摺動時間と摺動試験停止原因を表1に示す。Then, the sliding characteristics of the obtained substrate were evaluated by the pin-on-disk method. The sliding test conditions were room temperature, air, and no lubrication under a load of 39.2N,
The sliding speed was 2 m / sec and the time was 24 hours. The pin used was made of aluminum with a radius of curvature R of 4.763 mm. Table 1 shows the sliding time and the reason for stopping the sliding test.
【0037】(実施例2)実施例1で用いた窒化ケイ素
質焼結体またはTi合金からなるプレス成形用金型母材
の表面に、実施例1と同様にして1.0μmの中間層お
よび3.0μmの硬質炭素膜をそれぞれ成膜した。Example 2 On the surface of the press-molding die base material made of the silicon nitride sintered material or Ti alloy used in Example 1, an intermediate layer of 1.0 μm and an intermediate layer were formed in the same manner as in Example 1. A hard carbon film of 3.0 μm was formed.
【0038】このプレス加工用金型を用いて、表面にP
ET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂が10μmの
厚みで形成された厚み300μmのアルミニウム製薄板
をプレスによって折り曲げ加工する実験を行い、最高1
00万回行った。なお、金型表面にPET樹脂の凝着が
発覚した時点で試験は中止した。なお、結果は表1に示
した。Using this pressing die, P
An experiment was conducted by bending a 300 μm-thick aluminum thin plate in which ET (polyethylene terephthalate) resin was formed with a thickness of 10 μm by pressing, and the maximum was 1
I went, 000,000 times. The test was stopped when the adhesion of the PET resin to the mold surface was detected. The results are shown in Table 1.
【0039】(比較例1)超硬合金を用いて、実施例1
および実施例2と同様の摺動試験およびプレス加工試験
を行い、その結果を表1試料No.15に示した。(Comparative Example 1) Using a cemented carbide, Example 1
Then, the same sliding test and press working test as in Example 2 were performed, and the results are shown in Table 1, Sample No. 15.
【0040】(比較例2)母材として実施例において用
いた窒化ケイ素質焼結体を用いて、マイクロ波CVD法
によって、中間層形成を実施例と同じガス比で、ガス濃
度1%、母材温度950℃、炉内圧力30torrの条
件で10時間成膜した後、さらに表1の試料No.9に示
す条件で成膜し4μmの硬質炭素膜を形成した。Comparative Example 2 Using the silicon nitride sintered material used in the example as a base material, the intermediate layer was formed by the microwave CVD method at the same gas ratio as that of the example and the gas concentration of 1%. After forming the film for 10 hours under the conditions of the material temperature of 950 ° C. and the furnace pressure of 30 torr, the film was further formed under the conditions shown in Sample No. 9 of Table 1 to form a hard carbon film of 4 μm.
【0041】これについて、実施例1および実施例2と
同様の摺動試験およびプレス加工試験を行い、その結果
を表1試料No.9に示した。A sliding test and a press working test similar to those in Examples 1 and 2 were conducted for this, and the results are shown in Table 1, Sample No. 9.
【0042】[0042]
【表1】 [Table 1]
【0043】表1の結果によれば、H1 /H2 が0.0
5〜2の硬質炭素膜を形成した本発明の試料は、いずれ
もアルミニウムによるピンオンデスク試験で24時間後
も全く摩耗およびアルミニウムの溶着は認められず、ま
たプレス加工試験においても100万回のプレス後も全
く有機樹脂の凝着は認められず、加工品も良好な状態で
あった。また硬質炭素膜の密着性の点では、中間層が金
属炭化物のみからなる中間層では試験後に一部剥離箇所
があった。According to the results shown in Table 1, H 1 / H 2 is 0.0
The samples of the present invention each having a hard carbon film of Nos. 5 and 2 formed showed no wear or aluminum adhesion even after 24 hours in a pin-on-desk test with aluminum, and also had a million times in a press working test. No organic resin adhesion was observed even after pressing, and the processed product was in a good state. Further, in terms of the adhesion of the hard carbon film, there was a part of peeling after the test in the intermediate layer in which the intermediate layer was made of only metal carbide.
【0044】また、比較例として従来の超硬合金では、
摺動試験では30分で金属の溶着が観察され、プレス加
工試験では500回で有機樹脂の凝着が観察された。ま
た、マイクロ波CVD法等で作製された硬質炭素膜や、
成膜条件によってH1 /H2の比率が0.05よりも小
さい試料No.1、9、10では、いずれも金属の溶着が
発生し24時間の耐久性に劣るものであった。また、プ
レス加工試験でも80万回で有機樹脂の凝着が認められ
た。またH1 /H2 の比率が2よりも大きい試料No.
7、8、14では、硬質炭素膜の硬度が低下し試験後の
摩耗が顕著であった。As a comparative example, in the conventional cemented carbide,
In the sliding test, metal adhesion was observed after 30 minutes, and in the press working test, organic resin adhesion was observed after 500 times. In addition, a hard carbon film manufactured by a microwave CVD method or the like,
Samples Nos. 1, 9 and 10 in which the ratio of H 1 / H 2 was less than 0.05 depending on the film forming conditions were all inferior in 24-hour durability due to metal deposition. Also, in the press working test, adhesion of the organic resin was recognized after 800,000 times. Also, the sample No. 1 having a H 1 / H 2 ratio of more than 2.
In Nos. 7, 8 and 14, the hardness of the hard carbon film was lowered and the abrasion after the test was remarkable.
【0045】なお、上記実施例1の摺動試験やプレス加
工試験を銅、亜鉛、錫、鉛、軟鉄について行ったところ
同様な試験結果を得た。When the sliding test and the press working test of Example 1 were conducted on copper, zinc, tin, lead and soft iron, similar test results were obtained.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の金属塑性
加工用部材は、軟質金属との接触面において、軟質金属
や有機樹脂膜の溶着、凝着がなく、耐久性に優れた部品
を提供できる。これにより、軟質金属の塑性加工用部
品、例えば、曲げ、圧延、引き抜き、せん断加工、絞
り、圧縮、転造などの塑性加工おいて軟質金属と接触す
る各種部材に適用することにより、これらの長寿命化を
図ることができる。As described above in detail, the metal plastic working member of the present invention is a part which is free from the adhesion and the adhesion of the soft metal or the organic resin film on the contact surface with the soft metal and has excellent durability. Can be provided. As a result, by applying it to various parts that come into contact with soft metal during plastic working such as bending, rolling, drawing, shearing, drawing, compression, rolling, etc. The life can be extended.
【図1】本発明における硬質炭素膜(表1中、試料No.
3)のラマン分光スペクトル図である。FIG. 1 shows a hard carbon film (Sample No. in Table 1) of the present invention.
It is a Raman spectroscopy spectrum figure of 3).
【図2】従来の硬質炭素膜(表1中、試料No.9)のラ
マン分光スペクトル図である。FIG. 2 is a Raman spectrum diagram of a conventional hard carbon film (sample No. 9 in Table 1).
Claims (3)
成された軟質金属を塑性加工するための加工用部材であ
って、前記金属または前記有機樹脂膜に接する部材表面
が、ラマン分光スペクトルにおいて1340±40cm
-1と1160±40cm-1にピークが存在し、且つ11
60±40cm-1に存在するピークのうち最も強度の強
いピーク強度をH1 、1340±40cm-1に存在する
ピークのうち最も強度の強いピーク強度をH2 とした
時、H1 /H2 で表されるピーク強度比が0.05乃至
2の硬質炭素膜からなることを特徴とする金属塑性加工
用部材。1. A processing member for plastically processing a soft metal or a soft metal having an organic resin film formed on the surface thereof, wherein the member surface in contact with the metal or the organic resin film has a Raman spectroscopic spectrum. 1340 ± 40 cm
-1 and 1160 ± 40 cm -1 with peaks, and 11
When the strongest peak intensity among the peaks existing at 60 ± 40 cm −1 is H 1 and the strongest peak intensity among the peaks existing at 1340 ± 40 cm −1 is H 2 , H 1 / H 2 A metal plastic working member comprising a hard carbon film having a peak intensity ratio of 0.05 to 2 represented by
なる母材表面に形成されてなることを特徴とする金属塑
性加工用部材。2. A member for metal plastic working, wherein the hard carbon film is formed on a surface of a base material made of a metal or a sintered body.
くともダイヤモンドと金属炭化物を含有する中間層が存
在することを特徴とする請求項3記載の金属塑性加工用
部材。3. The metal plastic working member according to claim 3, wherein an intermediate layer containing at least diamond and metal carbide is present between the hard carbon film and the base material.
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JP2013163187A (en) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Mitsubishi Materials Corp | Pressing die |
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