JPH0985333A - 耐酸化性に優れた硬質皮膜をもつ押出し加工用ダイスとその製造方法及び表面性状に優れたアルミニウム押出し形材 - Google Patents
耐酸化性に優れた硬質皮膜をもつ押出し加工用ダイスとその製造方法及び表面性状に優れたアルミニウム押出し形材Info
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- JPH0985333A JPH0985333A JP26786295A JP26786295A JPH0985333A JP H0985333 A JPH0985333 A JP H0985333A JP 26786295 A JP26786295 A JP 26786295A JP 26786295 A JP26786295 A JP 26786295A JP H0985333 A JPH0985333 A JP H0985333A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐酸化性及び耐久性に優れた押出し加工用ダ
イスを得る。 【解決手段】 ダイス鋼を基材とし、その表面に形成さ
れた窒化処理層を介してイオンビーム支援蒸着法で形成
された窒化硼素膜が設けられている。窒化処理層は、白
層のない窒素拡散層だけで形成されていることが好まし
い。また、窒化硼素膜は、窒化処理層との間に傾斜組成
をもっていることが好ましい。窒化処理としては、塩浴
窒化とガス窒化との組合せや二段ガス窒化が採用され
る、 【効果】 白層のない窒化処理層を介して窒化硼素膜が
形成されているので、窒化硼素本来の優れた耐熱・耐摩
耗性及び潤滑性が活用される。
イスを得る。 【解決手段】 ダイス鋼を基材とし、その表面に形成さ
れた窒化処理層を介してイオンビーム支援蒸着法で形成
された窒化硼素膜が設けられている。窒化処理層は、白
層のない窒素拡散層だけで形成されていることが好まし
い。また、窒化硼素膜は、窒化処理層との間に傾斜組成
をもっていることが好ましい。窒化処理としては、塩浴
窒化とガス窒化との組合せや二段ガス窒化が採用され
る、 【効果】 白層のない窒化処理層を介して窒化硼素膜が
形成されているので、窒化硼素本来の優れた耐熱・耐摩
耗性及び潤滑性が活用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐酸化性に優れた窒化
硼素膜を白層のない均質な窒化層を介して表面に形成し
たアルミ押出し加工用ダイスとその製造方法及び該ダイ
スを使用して製造された押出し形材に関する。
硼素膜を白層のない均質な窒化層を介して表面に形成し
たアルミ押出し加工用ダイスとその製造方法及び該ダイ
スを使用して製造された押出し形材に関する。
【０００２】
【従来の技術】安定な窒化物を形成するＣｒ，Ｍｏ等の
合金元素を含む鋼材は、窒化処理によって著しく硬化す
る。鋼材表面に形成された窒化層は、ビッカース硬さで
１０００〜１３００に達し、耐摩耗性に富み、高温硬さ
が高く、再加熱によっても硬さの低下が少ない。このよ
うなことから、アルミの押出し等に使用される熱間加工
用ダイスには、Ｃｒを含む熱間工具鋼を使用し、窒化処
理によって表面硬化させている。窒化処理には、塩浴窒
化，ガス窒化等がある。塩浴窒化は、２〜３時間の短時
間の処理で窒化層が形成され、しかも低コストである。
しかし、処理温度が５５０〜５７０℃と高く、環境に悪
影響を与えるシアン系の塩浴を使用することから、ガス
窒化が主流となってきている。ガス窒化では、アンモニ
アの気流中で鋼材を５００〜５７０℃に１０〜１００時
間加熱した後、徐冷する。アンモニアは高温域で分解
し、反応性の強い発生基のＮ及びＨとなり、Ｆｅ，Ｃｒ
等の金属元素と化合して窒化物を作り、硬質の窒化層と
なる。処理温度が５００℃程度であることから母材の損
耗が少なく、焼入れの必要がないため処理後の鋼材に変
形が少ない。
合金元素を含む鋼材は、窒化処理によって著しく硬化す
る。鋼材表面に形成された窒化層は、ビッカース硬さで
１０００〜１３００に達し、耐摩耗性に富み、高温硬さ
が高く、再加熱によっても硬さの低下が少ない。このよ
うなことから、アルミの押出し等に使用される熱間加工
用ダイスには、Ｃｒを含む熱間工具鋼を使用し、窒化処
理によって表面硬化させている。窒化処理には、塩浴窒
化，ガス窒化等がある。塩浴窒化は、２〜３時間の短時
間の処理で窒化層が形成され、しかも低コストである。
しかし、処理温度が５５０〜５７０℃と高く、環境に悪
影響を与えるシアン系の塩浴を使用することから、ガス
窒化が主流となってきている。ガス窒化では、アンモニ
アの気流中で鋼材を５００〜５７０℃に１０〜１００時
間加熱した後、徐冷する。アンモニアは高温域で分解
し、反応性の強い発生基のＮ及びＨとなり、Ｆｅ，Ｃｒ
等の金属元素と化合して窒化物を作り、硬質の窒化層と
なる。処理温度が５００℃程度であることから母材の損
耗が少なく、焼入れの必要がないため処理後の鋼材に変
形が少ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】塩浴窒化された鋼材に
は、厚み５〜１０μｍの白層が表面に形成されている。
白層は、硬質で耐摩耗性に優れているものの、ダイス予
熱時や押出し加工中に酸化し剥離・脱落し易い欠点があ
る。白層が剥離・脱落した部分では、表面の硬さにバラ
ツキが生じ、ダイスの有効寿命を短くすると共に、得ら
れた押出し形材の表面品位を悪化させる。このような実
用上の問題から、塩浴窒化された鋼材は、白層を研削等
で白層を除去して使用している。しかし、白層の除去を
手作業で行っているため、熟練が必要とされることは勿
論、個人差によるバラツキが品質管理上の問題となる。
他方、ガス窒化は、塩浴窒化に比較して温度及び雰囲気
ガスの制御に自由度が高い。また、５００℃以下の温
度、具体的には４００〜４５０℃に処理温度を設定する
とき、白層のない窒化層を形成することができる。ま
た、日本熱処理技術協会第３９回講演大会 講演概要集
（平成６年１２月発行）第６１頁には、窒化層を拡散さ
せる目的で比較的高温（〜５５０℃）に加熱する拡散処
理によって白層のない窒素拡散層を形成することが報告
されている。しかし、必要とする硬さを持つ硬化層を得
るためには、一般的に長時間の処理が必要であり、生産
性の低下を招く。
は、厚み５〜１０μｍの白層が表面に形成されている。
白層は、硬質で耐摩耗性に優れているものの、ダイス予
熱時や押出し加工中に酸化し剥離・脱落し易い欠点があ
る。白層が剥離・脱落した部分では、表面の硬さにバラ
ツキが生じ、ダイスの有効寿命を短くすると共に、得ら
れた押出し形材の表面品位を悪化させる。このような実
用上の問題から、塩浴窒化された鋼材は、白層を研削等
で白層を除去して使用している。しかし、白層の除去を
手作業で行っているため、熟練が必要とされることは勿
論、個人差によるバラツキが品質管理上の問題となる。
他方、ガス窒化は、塩浴窒化に比較して温度及び雰囲気
ガスの制御に自由度が高い。また、５００℃以下の温
度、具体的には４００〜４５０℃に処理温度を設定する
とき、白層のない窒化層を形成することができる。ま
た、日本熱処理技術協会第３９回講演大会 講演概要集
（平成６年１２月発行）第６１頁には、窒化層を拡散さ
せる目的で比較的高温（〜５５０℃）に加熱する拡散処
理によって白層のない窒素拡散層を形成することが報告
されている。しかし、必要とする硬さを持つ硬化層を得
るためには、一般的に長時間の処理が必要であり、生産
性の低下を招く。
【０００４】そこで、従来の窒化処理に替えてＰＶＤ，
ＣＶＤ等で硬質皮膜を形成する方法が検討されている。
本発明者等も、窒化硼素膜をベアリング面にコーティン
グするイオンビーム支援蒸着法を特願平６−２２５７３
８号で紹介した。イオンビーム支援蒸着法は、イオンプ
レーティング等のＰＶＤ処理の密着性を高めると共に、
耐熱・耐摩耗性に優れた硬質皮膜が合成される。そのた
め、ダイスの耐久性が向上し、しかも得られた押出し形
材は表面光沢に優れたものとなる。しかしながら、イオ
ンビーム支援蒸着法で鋼材表面に形成された窒化硼素膜
は、たかだか３μｍ程度の非常に薄い膜厚である。しか
も、硬度が高く、基材である鋼材に対する硬度差が大き
いため、膜形成時の内部応力も大きく、ダイスの耐久性
を劣化させる原因となる。本発明は、このような問題を
解消すべく案出されたものであり、窒化硼素膜のコーテ
ィングに先立って基材である鋼材を予め窒化処理して白
層のない窒化処理層を形成し、この窒化処理層の上に窒
化硼素膜を形成することにより、耐久性に優れた押出し
加工用ダイスを提供すると共に、表面品質に優れた押出
し形材を製造することを目的とする。
ＣＶＤ等で硬質皮膜を形成する方法が検討されている。
本発明者等も、窒化硼素膜をベアリング面にコーティン
グするイオンビーム支援蒸着法を特願平６−２２５７３
８号で紹介した。イオンビーム支援蒸着法は、イオンプ
レーティング等のＰＶＤ処理の密着性を高めると共に、
耐熱・耐摩耗性に優れた硬質皮膜が合成される。そのた
め、ダイスの耐久性が向上し、しかも得られた押出し形
材は表面光沢に優れたものとなる。しかしながら、イオ
ンビーム支援蒸着法で鋼材表面に形成された窒化硼素膜
は、たかだか３μｍ程度の非常に薄い膜厚である。しか
も、硬度が高く、基材である鋼材に対する硬度差が大き
いため、膜形成時の内部応力も大きく、ダイスの耐久性
を劣化させる原因となる。本発明は、このような問題を
解消すべく案出されたものであり、窒化硼素膜のコーテ
ィングに先立って基材である鋼材を予め窒化処理して白
層のない窒化処理層を形成し、この窒化処理層の上に窒
化硼素膜を形成することにより、耐久性に優れた押出し
加工用ダイスを提供すると共に、表面品質に優れた押出
し形材を製造することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の押出し加工用ダ
イスは、その目的を達成するため、ダイス鋼を基材と
し、その表面に形成された窒化処理層を介してイオンビ
ーム支援蒸着法で形成された窒化硼素膜が設けられてい
ることを特徴とする。窒化処理層は、白層のない窒素拡
散層だけで形成されていることが好ましい。また、窒化
硼素膜は、窒化処理層との間に傾斜組成をもっているこ
とが好ましい。この押出し加工用ダイスは、ダイス鋼表
面に窒素を拡散させる窒化処理を施した後、イオンビー
ム支援蒸着法によりダイス鋼表面を窒化硼素膜でコーテ
ィングすることにより製造される。窒化処理としては、
塩浴窒化とガス窒化との組合せや二段ガス窒化が採用さ
れる、たとえば、５５０〜５７０℃に２〜３時間加熱す
る塩浴窒化後に、連続してＮＨ3 −Ｎ2 ガス雰囲気中で
５００〜５７０℃に５〜１２時間加熱する複合窒化処
理，第１段階で鋼製ダイス素材をＮＨ3 解離度３０％以
下のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲気で５００〜５２０℃に加熱した
後、第二段階で鋼製ダイス素材をＮＨ3 解離度６５〜８
５％のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲気で５２０〜５７０℃に加熱す
る二段ガス窒化が採用される。
イスは、その目的を達成するため、ダイス鋼を基材と
し、その表面に形成された窒化処理層を介してイオンビ
ーム支援蒸着法で形成された窒化硼素膜が設けられてい
ることを特徴とする。窒化処理層は、白層のない窒素拡
散層だけで形成されていることが好ましい。また、窒化
硼素膜は、窒化処理層との間に傾斜組成をもっているこ
とが好ましい。この押出し加工用ダイスは、ダイス鋼表
面に窒素を拡散させる窒化処理を施した後、イオンビー
ム支援蒸着法によりダイス鋼表面を窒化硼素膜でコーテ
ィングすることにより製造される。窒化処理としては、
塩浴窒化とガス窒化との組合せや二段ガス窒化が採用さ
れる、たとえば、５５０〜５７０℃に２〜３時間加熱す
る塩浴窒化後に、連続してＮＨ3 −Ｎ2 ガス雰囲気中で
５００〜５７０℃に５〜１２時間加熱する複合窒化処
理，第１段階で鋼製ダイス素材をＮＨ3 解離度３０％以
下のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲気で５００〜５２０℃に加熱した
後、第二段階で鋼製ダイス素材をＮＨ3 解離度６５〜８
５％のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲気で５２０〜５７０℃に加熱す
る二段ガス窒化が採用される。
【０００６】本発明に従って製造されたダイスを使用し
て押出し加工をするとき、表面粗さがＲmax ３μｍ以下
及び光沢度３５％以上の表面光沢に優れたアルミニウム
押し出し形材が得られる。アルミ，アルミ合金等の押出
し加工に使用されるダイスは、耐摩耗性を向上させるた
めに窒化処理で表面硬化させている。窒化処理によって
形成された窒化層表面の白層は、前述したようにダイス
の予熱過程や押出し加工中に酸化し、剥離・脱落し易く
なる。白層は、窒化層の最表面にあるＦｅ−Ｎ系の化合
物層であり、この層が剥離することによって硬質皮膜本
来の機能が損なわれる。そのため、所定回数の繰返し使
用後に再度の窒化処理を施すことにより、ダイスを再生
している。しかし、再生処理の回数が増えるに従って、
押出し形材の品質に悪影響を及ぼす欠けや白層等の剥離
がベアリング面に発生する。
て押出し加工をするとき、表面粗さがＲmax ３μｍ以下
及び光沢度３５％以上の表面光沢に優れたアルミニウム
押し出し形材が得られる。アルミ，アルミ合金等の押出
し加工に使用されるダイスは、耐摩耗性を向上させるた
めに窒化処理で表面硬化させている。窒化処理によって
形成された窒化層表面の白層は、前述したようにダイス
の予熱過程や押出し加工中に酸化し、剥離・脱落し易く
なる。白層は、窒化層の最表面にあるＦｅ−Ｎ系の化合
物層であり、この層が剥離することによって硬質皮膜本
来の機能が損なわれる。そのため、所定回数の繰返し使
用後に再度の窒化処理を施すことにより、ダイスを再生
している。しかし、再生処理の回数が増えるに従って、
押出し形材の品質に悪影響を及ぼす欠けや白層等の剥離
がベアリング面に発生する。
【０００７】この点、本発明者等が特願平７−１８６３
１号で提案したイオンビーム支援蒸着法は、白層をもつ
窒化層の予熱時等における酸化を防止するために窒化硼
素膜を形成している。すなわち、白層の保護膜としての
機能を窒化硼素膜にもたせ、耐摩耗性等の本来の機能を
白層に負担させている。これに対し、本発明では、耐熱
・耐摩耗性に優れた窒化硼素膜が従来の白層の役割を果
している。そして、窒化硼素膜の耐久性を補強するた
め、前処理として拡散層だけを形成する窒化処理を予め
施している。このようにして形成された窒化処理層を介
して窒化硼素膜を形成するとき、窒化硼素膜が傾斜組成
になり、基材と窒化硼素膜との間における物性値の急激
な変化が緩和される。その結果、基材に対する窒化硼素
膜の密着性が向上し、耐久性に優れたダイスが得られ
る。窒化処理膜の下地処理として、白層のない拡散層だ
けの窒化処理層をダイス鋼表面に形成することが重要で
ある。白層のない拡散層を形成する窒化処理としては、
特願平６−２６３１１２号で提案した短時間処理が可能
な塩浴窒化と白層を生成しないガス窒化との組合せ、或
いは二段ガス窒化法が採用される。
１号で提案したイオンビーム支援蒸着法は、白層をもつ
窒化層の予熱時等における酸化を防止するために窒化硼
素膜を形成している。すなわち、白層の保護膜としての
機能を窒化硼素膜にもたせ、耐摩耗性等の本来の機能を
白層に負担させている。これに対し、本発明では、耐熱
・耐摩耗性に優れた窒化硼素膜が従来の白層の役割を果
している。そして、窒化硼素膜の耐久性を補強するた
め、前処理として拡散層だけを形成する窒化処理を予め
施している。このようにして形成された窒化処理層を介
して窒化硼素膜を形成するとき、窒化硼素膜が傾斜組成
になり、基材と窒化硼素膜との間における物性値の急激
な変化が緩和される。その結果、基材に対する窒化硼素
膜の密着性が向上し、耐久性に優れたダイスが得られ
る。窒化処理膜の下地処理として、白層のない拡散層だ
けの窒化処理層をダイス鋼表面に形成することが重要で
ある。白層のない拡散層を形成する窒化処理としては、
特願平６−２６３１１２号で提案した短時間処理が可能
な塩浴窒化と白層を生成しないガス窒化との組合せ、或
いは二段ガス窒化法が採用される。
【０００８】塩浴窒化では、従来法と同様に白層が生成
する。この白層は、後続するガス窒化工程で分解し、鋼
材内部に拡散する。その結果、研削等の作業を必要とせ
ず、白層のない拡散層のみからなる硬質皮膜が形成され
る。なお、本願明細書で白層のない状態とは、ＦｅとＮ
との化合物が生成されず、ＮがＦｅ中に拡散して固溶し
た、いわゆる拡散層だけの状態をいう。すなわち、鋼製
ダイス素材を脱脂洗浄後、シアン化塩とシアン酸塩（た
とえば、ＫＣＮ＋ＫＣＮＯ）を含む塩浴中で、５７０
℃，２時間の窒化処理を行う。次いで、この塩浴窒化処
理を前処理として、純ガス窒化を施す。純ガス窒化は、
最大流量４．４ｍ3 ／時のＮＨ3 と最大流量５．６ｍ3
／時のＮ2 ガスを使用し、５２０℃，６時間で窒化した
後、昇温し、更に５６０℃，６時間の二段窒化処理を行
うことが好ましい。このとき、ＮＨ3 及びＮ2 を使用し
た純ガス窒化を採用すると、白層の除去が効果的にな
る。また、ＮＨ3 解離度３０％以下のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲
気で５００〜５２０℃に加熱した後、ＮＨ3 解離度６５
〜８５％のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲気で５２０〜５７０℃に鋼
製ダイス素材を加熱するとき、白層が一層効率よく除去
されると共に、ガス窒化も迅速化される。
する。この白層は、後続するガス窒化工程で分解し、鋼
材内部に拡散する。その結果、研削等の作業を必要とせ
ず、白層のない拡散層のみからなる硬質皮膜が形成され
る。なお、本願明細書で白層のない状態とは、ＦｅとＮ
との化合物が生成されず、ＮがＦｅ中に拡散して固溶し
た、いわゆる拡散層だけの状態をいう。すなわち、鋼製
ダイス素材を脱脂洗浄後、シアン化塩とシアン酸塩（た
とえば、ＫＣＮ＋ＫＣＮＯ）を含む塩浴中で、５７０
℃，２時間の窒化処理を行う。次いで、この塩浴窒化処
理を前処理として、純ガス窒化を施す。純ガス窒化は、
最大流量４．４ｍ3 ／時のＮＨ3 と最大流量５．６ｍ3
／時のＮ2 ガスを使用し、５２０℃，６時間で窒化した
後、昇温し、更に５６０℃，６時間の二段窒化処理を行
うことが好ましい。このとき、ＮＨ3 及びＮ2 を使用し
た純ガス窒化を採用すると、白層の除去が効果的にな
る。また、ＮＨ3 解離度３０％以下のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲
気で５００〜５２０℃に加熱した後、ＮＨ3 解離度６５
〜８５％のＮＨ3 −Ｎ2 雰囲気で５２０〜５７０℃に鋼
製ダイス素材を加熱するとき、白層が一層効率よく除去
されると共に、ガス窒化も迅速化される。
【０００９】熱膨張差，内部応力，格子定数のミスマッ
チ等を緩和するため、窒化硼素膜と窒化処理層との間に
Ｓｉx Ｎy 層を形成することもできる。Ｓｉx Ｎy 層
は、イオン銃により窒素ガスをイオン化し、０．５〜
１．５ｋＶの加速電圧で窒素イオンビームを発生させ、
Ｓｉ蒸気と共に基材表面に照射することによって形成さ
れる。ＢＮ膜の下地層としてＳｉx Ｎy 層を介在させる
とき、基材とＢＮ膜との密着力が向上する。また、Ｂ蒸
発量とＮ照射量とを規制することにより、Ｓｉx Ｎy 層
からＢＮ表層まで傾斜組成を作ることもできる。
チ等を緩和するため、窒化硼素膜と窒化処理層との間に
Ｓｉx Ｎy 層を形成することもできる。Ｓｉx Ｎy 層
は、イオン銃により窒素ガスをイオン化し、０．５〜
１．５ｋＶの加速電圧で窒素イオンビームを発生させ、
Ｓｉ蒸気と共に基材表面に照射することによって形成さ
れる。ＢＮ膜の下地層としてＳｉx Ｎy 層を介在させる
とき、基材とＢＮ膜との密着力が向上する。また、Ｂ蒸
発量とＮ照射量とを規制することにより、Ｓｉx Ｎy 層
からＢＮ表層まで傾斜組成を作ることもできる。
【００１０】
【実施例】工具鋼ＳＫＤ６１を熱処理し、硬さＨRC４８
に調質した鋼材を使用した。鋼材を、ＮａＣＮ及びＮａ
ＣＮＯを含む塩浴に温度５７０℃で１５０分間浸漬する
ことにより塩浴窒化した。塩浴窒化された鋼材を硝酸ア
ルコールでエッチングした後、顕微鏡で表面観察したと
ころ、鋼材表面に平均厚み数μｍの白層が形成されてお
り、白層の下に０．１ｍｍ程度の拡散層が観察された。 ［供試材１の作製］この鋼材を、同じ窒化浴に２．５時
間浸漬したところ、白層が６〜１０μｍ程度に更に厚く
成長した。白層の下にある拡散層も、約０．１５ｍｍの
深さで母材の内部深くまで成長していた。このように厚
膜化した白層は、外部からの衝撃によって容易に母材か
ら剥離する傾向を示した。 ［供試材２の作製］そこで、二段目の塩浴窒化に代え、
ガス窒化を採用した。塩浴窒化した鋼材を脱脂・洗浄し
た後、ＮＨ3 ４４％及びＮ2 ５６％の組成を持つ窒化性
雰囲気中で５２０℃×６時間→５６０℃×６時間の加熱
処理を施し、室温まで空冷した。ガス窒化後の鋼材表面
は、白層が観察されず、実質的に拡散層だけになってい
た。このときに得られた拡散層は、二段目の塩浴窒化で
得られた拡散層よりも深い０．２５ｍｍであった。
に調質した鋼材を使用した。鋼材を、ＮａＣＮ及びＮａ
ＣＮＯを含む塩浴に温度５７０℃で１５０分間浸漬する
ことにより塩浴窒化した。塩浴窒化された鋼材を硝酸ア
ルコールでエッチングした後、顕微鏡で表面観察したと
ころ、鋼材表面に平均厚み数μｍの白層が形成されてお
り、白層の下に０．１ｍｍ程度の拡散層が観察された。 ［供試材１の作製］この鋼材を、同じ窒化浴に２．５時
間浸漬したところ、白層が６〜１０μｍ程度に更に厚く
成長した。白層の下にある拡散層も、約０．１５ｍｍの
深さで母材の内部深くまで成長していた。このように厚
膜化した白層は、外部からの衝撃によって容易に母材か
ら剥離する傾向を示した。 ［供試材２の作製］そこで、二段目の塩浴窒化に代え、
ガス窒化を採用した。塩浴窒化した鋼材を脱脂・洗浄し
た後、ＮＨ3 ４４％及びＮ2 ５６％の組成を持つ窒化性
雰囲気中で５２０℃×６時間→５６０℃×６時間の加熱
処理を施し、室温まで空冷した。ガス窒化後の鋼材表面
は、白層が観察されず、実質的に拡散層だけになってい
た。このときに得られた拡散層は、二段目の塩浴窒化で
得られた拡散層よりも深い０．２５ｍｍであった。
【００１１】［窒化硼素膜の形成］供試材１及び２に対
し、Ｓｉx Ｎy 層を中間層として形成した後、表１に示
す条件下でイオンビーム支援蒸着法によって窒化硼素膜
を形成した。イオンビーム支援蒸着後の供試材１及び２
の表面層を顕微鏡観察したところ、それぞれ図１及び図
２に示す表面構造をもっていた。これら表面構造を、ダ
イス鋼基材に直接窒化硼素膜を形成したものと対比して
図３に模式的に示す。
し、Ｓｉx Ｎy 層を中間層として形成した後、表１に示
す条件下でイオンビーム支援蒸着法によって窒化硼素膜
を形成した。イオンビーム支援蒸着後の供試材１及び２
の表面層を顕微鏡観察したところ、それぞれ図１及び図
２に示す表面構造をもっていた。これら表面構造を、ダ
イス鋼基材に直接窒化硼素膜を形成したものと対比して
図３に模式的に示す。
【００１２】
【００１３】白層の有無が窒化硼素膜の密着性に及ぼす
影響を調査するため、イオンビーム支援蒸着後の供試材
１及び２をスクラッチ試験及び引張り試験に供した。そ
の結果、何れの試験においても、窒化硼素膜の密着性
は、供試材１よりも供試材２の表面に形成した窒化硼素
膜が優れていた。なお、ダイス鋼表面に直接形成した窒
化硼素膜が最も密着性に劣っていた。 ［押出し加工への使用］本発明に従って窒化硼素膜を形
成したダイスを使用し、表２の条件下で押出し加工を行
い、ベアリング面の表面粗さの変化を測定した。なお、
ダイスのベアリング長さは５ｍｍ，スリット径は４０ｍ
ｍ×３ｍｍに設定した。また、比較のため、白層をもつ
窒化処理層の上に窒化硼素膜を形成したダイス及びダイ
ス鋼表面に窒化硼素膜を直接形成したダイスを使用し
た。また、押出しに先立って、何れのダイスも４５０℃
に予熱した。
影響を調査するため、イオンビーム支援蒸着後の供試材
１及び２をスクラッチ試験及び引張り試験に供した。そ
の結果、何れの試験においても、窒化硼素膜の密着性
は、供試材１よりも供試材２の表面に形成した窒化硼素
膜が優れていた。なお、ダイス鋼表面に直接形成した窒
化硼素膜が最も密着性に劣っていた。 ［押出し加工への使用］本発明に従って窒化硼素膜を形
成したダイスを使用し、表２の条件下で押出し加工を行
い、ベアリング面の表面粗さの変化を測定した。なお、
ダイスのベアリング長さは５ｍｍ，スリット径は４０ｍ
ｍ×３ｍｍに設定した。また、比較のため、白層をもつ
窒化処理層の上に窒化硼素膜を形成したダイス及びダイ
ス鋼表面に窒化硼素膜を直接形成したダイスを使用し
た。また、押出しに先立って、何れのダイスも４５０℃
に予熱した。
【００１４】
【００１５】押出し長さが５００ｍに達するまでダイス
の表面粗さを測定しながら押出し加工を繰り返したとこ
ろ、本発明に従ったダイスは、粗さの変化率が最も小さ
く、耐久性に優れていることが判った。これに対し、ダ
イス鋼表面に窒化硼素膜を直接形成したダイス及び白層
をもつ窒化処理層の上に窒化硼素膜を形成したダイスで
も、表面粗さの変動が大きくなった。 ［押出し形材の表面品質に及ぼす影響］前述した３種類
のダイスを使用して得られた押出し形材は、押出し長さ
に応じて表面粗さ及び光沢度がそれぞれ図４及び図５に
示すように変化した。図４及び図５から明らかなよう
に、本発明のダイスを使用して製造された押出し形材
は、表面粗さがＲmax ３μｍ以下及び光沢度が３５以上
と共に優れた値を示し、しかも押出し長さが長くなって
も大きく劣化しなかった。
の表面粗さを測定しながら押出し加工を繰り返したとこ
ろ、本発明に従ったダイスは、粗さの変化率が最も小さ
く、耐久性に優れていることが判った。これに対し、ダ
イス鋼表面に窒化硼素膜を直接形成したダイス及び白層
をもつ窒化処理層の上に窒化硼素膜を形成したダイスで
も、表面粗さの変動が大きくなった。 ［押出し形材の表面品質に及ぼす影響］前述した３種類
のダイスを使用して得られた押出し形材は、押出し長さ
に応じて表面粗さ及び光沢度がそれぞれ図４及び図５に
示すように変化した。図４及び図５から明らかなよう
に、本発明のダイスを使用して製造された押出し形材
は、表面粗さがＲmax ３μｍ以下及び光沢度が３５以上
と共に優れた値を示し、しかも押出し長さが長くなって
も大きく劣化しなかった。
【００１６】以上の結果から、本発明に従ってイオンビ
ーム支援蒸着法で形成した窒化硼素膜は、従来の白層が
ある窒化層と比較して予熱及び押出し温度雰囲気で優れ
た耐酸化性を示し、熱的に安定であると共に、アルミビ
レットとの耐摩耗性及び潤滑性にも優れていることが判
る。また、窒化硼素膜の形成に先立って予め白層のない
窒化処理層を形成し、その後で窒化硼素膜をコーティン
グすることにより、窒化硼素膜を直接形成したものに比
較してダイスの耐摩耗性や押出し形材の表面品質が向上
する。これは、窒化硼素膜を直接形成する場合に比較し
て、基材のダイス鋼との間に白層のない窒化層を形成す
ることにより、硬度分布が傾斜化し、窒化硼素膜形成時
に発生した内部応力も緩和され、結果として耐摩耗性が
改善されたと推察される。また、窒化硼素膜或いは下地
層のＳｉx Ｎy 層の密着性を低下させる白層がないた
め、押出し時の摩擦力によって窒化硼素膜が剥離・脱落
することもなく、耐久性に優れた押出し加工用ダイスが
得られる。
ーム支援蒸着法で形成した窒化硼素膜は、従来の白層が
ある窒化層と比較して予熱及び押出し温度雰囲気で優れ
た耐酸化性を示し、熱的に安定であると共に、アルミビ
レットとの耐摩耗性及び潤滑性にも優れていることが判
る。また、窒化硼素膜の形成に先立って予め白層のない
窒化処理層を形成し、その後で窒化硼素膜をコーティン
グすることにより、窒化硼素膜を直接形成したものに比
較してダイスの耐摩耗性や押出し形材の表面品質が向上
する。これは、窒化硼素膜を直接形成する場合に比較し
て、基材のダイス鋼との間に白層のない窒化層を形成す
ることにより、硬度分布が傾斜化し、窒化硼素膜形成時
に発生した内部応力も緩和され、結果として耐摩耗性が
改善されたと推察される。また、窒化硼素膜或いは下地
層のＳｉx Ｎy 層の密着性を低下させる白層がないた
め、押出し時の摩擦力によって窒化硼素膜が剥離・脱落
することもなく、耐久性に優れた押出し加工用ダイスが
得られる。
【００１７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の押出し
加工用ダイスにおいては、白層のない窒化処理層の上に
窒化硼素膜が形成されているため、窒化硼素膜の密着性
が優れ剥離・脱落の虞れがなく、窒化硼素特有の耐熱・
耐摩耗性及び潤滑性が活用される。そのため、ダイスの
寿命が長くなると共に、長期間にわたって優れた表面品
質をもつ押出し形材の製造が可能となる。
加工用ダイスにおいては、白層のない窒化処理層の上に
窒化硼素膜が形成されているため、窒化硼素膜の密着性
が優れ剥離・脱落の虞れがなく、窒化硼素特有の耐熱・
耐摩耗性及び潤滑性が活用される。そのため、ダイスの
寿命が長くなると共に、長期間にわたって優れた表面品
質をもつ押出し形材の製造が可能となる。
【図１】 白層をもつ窒化処理層の上に窒化硼素膜を形
成したダイス表面の断面構造を示す金属組織写真
成したダイス表面の断面構造を示す金属組織写真
【図２】 白層のない窒化処理層の上に窒化硼素膜を形
成したダイス表面の断面構造を示す金属組織写真
成したダイス表面の断面構造を示す金属組織写真
【図３】 ダイス鋼表面に窒化硼素膜を直接形成したダ
イス，白層をもつ窒化処理層の上に窒化硼素膜を形成し
たダイス及び白層のない窒化処理層の上に窒化硼素膜を
形成したダイスの表面構造を模式的に示した図
イス，白層をもつ窒化処理層の上に窒化硼素膜を形成し
たダイス及び白層のない窒化処理層の上に窒化硼素膜を
形成したダイスの表面構造を模式的に示した図
【図４】 各種ダイスを使用した押出し加工において押
出し長さに応じた表面粗さの変動を示すグラフ
出し長さに応じた表面粗さの変動を示すグラフ
【図５】 各種ダイスを使用した押出し加工において押
出し長さに応じた光沢度の変動を示すグラフ
出し長さに応じた光沢度の変動を示すグラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２１Ｄ 37/20 Ｂ２１Ｄ 37/20 Ｚ (72)発明者 高澤 令子 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内
Claims (8)
- 【請求項１】 ダイス鋼を基材とし、その表面に形成さ
れた窒化処理層を介してイオンビーム支援蒸着法で形成
された窒化硼素膜が設けられていることを特徴とする耐
酸化性に優れた硬質皮膜をもつ押出し加工用ダイス。 - 【請求項２】 請求項１記載の窒化処理層が白層のない
窒素拡散層だけで形成されている押出し加工用ダイス。 - 【請求項３】 請求項１記載の窒化硼素膜が窒化処理層
との間に傾斜組成をもっている押出し加工用ダイス。 - 【請求項４】 ダイス鋼表面に窒素を拡散させる窒化処
理を施した後、イオンビーム支援蒸着法によりダイス鋼
表面を窒化硼素膜でコーティングする押出し加工用ダイ
スの製造方法。 - 【請求項５】 予め塩浴窒化とガス窒化又は二段窒化を
施したダイス鋼を請求項４記載のダイス鋼として使用す
る押出し加工用ダイスの製造方法。 - 【請求項６】 請求項４記載の窒化処理として、５５０
〜５７０℃に２〜３時間加熱する塩浴窒化後に、連続し
てＮＨ3 −Ｎ2 ガス雰囲気中で５００〜５７０℃に５〜
１２時間加熱する複合窒化処理を行う押出し加工用ダイ
スの製造方法。 - 【請求項７】 請求項５記載の二段窒化処理として、第
１段階で鋼製ダイス素材をＮＨ3 解離度３０％以下のＮ
Ｈ3 −Ｎ2 雰囲気で５００〜５２０℃に加熱した後、第
二段階で鋼製ダイス素材をＮＨ3 解離度６５〜８５％の
ＮＨ3 −Ｎ2雰囲気で５２０〜５７０℃に加熱する二段
ガス窒化を行う押出し加工用ダイスの窒化方法。 - 【請求項８】 請求項１〜３の何れかに記載の押出し加
工用ダイスによって押し出され、表面粗さがＲmax ３μ
ｍ以下及び光沢度３５以上の表面光沢に優れたアルミニ
ウム押出し形材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26786295A JPH0985333A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 耐酸化性に優れた硬質皮膜をもつ押出し加工用ダイスとその製造方法及び表面性状に優れたアルミニウム押出し形材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26786295A JPH0985333A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 耐酸化性に優れた硬質皮膜をもつ押出し加工用ダイスとその製造方法及び表面性状に優れたアルミニウム押出し形材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0985333A true JPH0985333A (ja) | 1997-03-31 |
Family
ID=17450676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26786295A Pending JPH0985333A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 耐酸化性に優れた硬質皮膜をもつ押出し加工用ダイスとその製造方法及び表面性状に優れたアルミニウム押出し形材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0985333A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001042528A1 (de) * | 1999-12-07 | 2001-06-14 | Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg | Verfahren zum nitrieren bzw. nitrocarburieren von werkstücken aus legierten stählen |
| CN104538312A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-22 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 利用氮化硼制备散热芯片的方法 |
| JP2017532501A (ja) * | 2014-09-02 | 2017-11-02 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 弁、及び、弁を製造する方法 |
-
1995
- 1995-09-21 JP JP26786295A patent/JPH0985333A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001042528A1 (de) * | 1999-12-07 | 2001-06-14 | Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg | Verfahren zum nitrieren bzw. nitrocarburieren von werkstücken aus legierten stählen |
| JP2017532501A (ja) * | 2014-09-02 | 2017-11-02 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 弁、及び、弁を製造する方法 |
| US10415526B2 (en) | 2014-09-02 | 2019-09-17 | Robert Bosch Gmbh | Valve and method for producing a valve |
| US11060494B2 (en) | 2014-09-02 | 2021-07-13 | Robert Bosch Gmbh | Valve and method for producing a valve |
| CN104538312A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-22 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 利用氮化硼制备散热芯片的方法 |
| CN104538312B (zh) * | 2014-12-17 | 2017-04-12 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 利用氮化硼制备散热芯片的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040413 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040810 |