JPH1081949A - Formation of film on base material surface and metallic mold for press working - Google Patents

Formation of film on base material surface and metallic mold for press working

Info

Publication number
JPH1081949A
JPH1081949A JP23625096A JP23625096A JPH1081949A JP H1081949 A JPH1081949 A JP H1081949A JP 23625096 A JP23625096 A JP 23625096A JP 23625096 A JP23625096 A JP 23625096A JP H1081949 A JPH1081949 A JP H1081949A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
base material
film
metallic mold
heat treatment
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP23625096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Saburo Kuwano
野 三 郎 桑
Yoshinori Ito
藤 芳 典 伊
Isato Otomo
友 勇 人 大
Shunji Hirozumi
住 俊 次 広
Shozo Murata
田 省 三 村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Boring Giken Co Ltd
Original Assignee
Murata Boring Giken Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Boring Giken Co Ltd filed Critical Murata Boring Giken Co Ltd
Priority to JP23625096A priority Critical patent/JPH1081949A/en
Publication of JPH1081949A publication Critical patent/JPH1081949A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve adhesion between a base material and a super hard film by forming an intermediate layer having a specific composition on a surface of a metallic mold in advance, forming the super hard film thereon and subjecting them to heat treatment under a specific condition at the time of forming the super hard film on the surface of the metallic mold for press working by a vacuum thermal spraying method. SOLUTION: A thermal-sprayed film 105 is formed on a metallic mold base material surface 104 by discharging electricity between an anode nozzle 101 of a plasma thermal- spraying gun and a cathode 102 made of W (tungusten) in an evacuated chamber in a vacuum state to generate a plasma jet on a punch part surface 104 of the metallic mold for press working and supplying thermal spraying material powder therein. In this case, an intermediate thermal spraying layer made of alloys such as Ni-Cr and Ni-Al is formed on the base material surface and a film made of W-12% Co as the super hard layer is formed thereon by thermal spraying. Then, heat treatment in which these two layers are held at 1000 deg.C for 1.5 hours under reduced pressure, are cooled by gaseous nitrogen, are held at 500 deg.C for 1 hour and then are cooled by gaseous nitrogen, is executed. Thus, the super hard film 105 excellent in close adhesion can be formed on the metallic mold base material surface 104.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溶射技術により形
成された皮膜の母材との密着力を熱処理により強化し
て、処理皮膜と母材との高い密着力を要求される、例え
ばプレス用深絞り金型などの表面改質に適用可能とする
表面改質技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for improving the adhesion between a coating formed by a thermal spraying technique and a base material by a heat treatment so that a high adhesion between the treated coating and the base material is required. The present invention relates to a surface modification technology that can be applied to surface modification of deep drawing dies and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の溶射技術の進歩はめざましく、減
圧プラズマ溶射、Jet-Kote法あるいはD-Gun 法などの新
しい溶射技術が次々と開発され、それに伴って溶射皮膜
の特性も飛躍的に改善されたため、材料の表面改質への
溶射技術の適用範囲は著しく広がってきている。
2. Description of the Related Art Recent advances in thermal spraying technology have been remarkable, and new thermal spraying technologies such as low-pressure plasma spraying, Jet-Kote method or D-Gun method have been developed one after another, and the characteristics of sprayed coatings have been dramatically improved. As a result, the application range of thermal spraying technology for surface modification of materials has been significantly expanded.

【0003】溶射技術は、極めて短時間に数百μ mの厚
膜が形成できる、大面積の材料表面に溶射可能であるな
ど、他の膜形成法にはない特徴を持っている。したがっ
て、プレス用金型などの表面改質にこのような溶射技術
を応用したいという要求が近年著しく増えている。
[0003] The thermal spraying technique has features that are not present in other film forming methods, such as being capable of forming a thick film of several hundred µm in a very short time and being capable of thermal spraying a large-area material surface. Therefore, the demand for applying such a thermal spraying technique to the surface modification of a press die or the like has been remarkably increased in recent years.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶射技
術の最大の欠点は、従来に比べれば改善されたとはい
え、硬質クロムめっき、拡散浸透処理、PVD 、CVD など
の方法に比べて母材との密着性に劣ることであり、この
ことがこの分野での応用を阻んでいる最大の理由であ
る。
However, the biggest disadvantage of the thermal spraying technique is that it is improved as compared with the conventional technique, but it is harder than the conventional techniques such as hard chromium plating, diffusion infiltration treatment, PVD and CVD. Poor adhesion, which is the biggest reason preventing its application in this field.

【0005】例えばプレス用金型の場合には、プレス機
械での金型交換作業は、容易ではなく、手間と時間がか
なり必要となる。したがって、金型の寿命が短ければそ
れだけ金型の交換作業を頻繁に行わなければならず、プ
レス機械の稼働時間が短くなってしまい、製造コストを
押し上げる結果ともなる。
[0005] For example, in the case of a press die, a die exchanging operation by a press machine is not easy, and requires considerable labor and time. Therefore, the shorter the life of the mold, the more frequently the mold needs to be replaced, and the shorter the operation time of the press machine, and the higher the production cost.

【0006】また、熱CVDによる硬質皮膜処理法もあ
るが、熱処理温度が1200℃程度にもなってしまい、
使用する材料も限定されてしまう。すなわち、金型材料
として一般的に用いられるSKD11には、熱CVDに
よる硬質皮膜処理法を用いることができない。
There is also a hard film treatment method by thermal CVD, but the heat treatment temperature is about 1200 ° C.
The materials used are also limited. That is, a hard film processing method by thermal CVD cannot be used for SKD11 generally used as a mold material.

【0007】本発明は、かかる課題に着目したものであ
り、新しい溶射技術のひとつである減圧プラズマ溶射技
術を、例えばプレス用金型等の母材の表面改質に応用す
ることにより、容易かつ低コストで、超硬度や高い耐摩
耗性の皮膜またはその皮膜が形成されたプレス用金型を
得ることを目的とする。
[0007] The present invention focuses on such a problem, and it is easy and simple to apply the reduced pressure plasma spraying technique, which is one of new spraying techniques, to the surface modification of a base material such as a press die. It is an object of the present invention to obtain a low-cost, ultra-hard and highly wear-resistant film or a press die on which the film is formed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載された発
明では、超硬度が求められる母材表面に、予め定められ
た条件下で減圧プラズマ溶射により超硬皮膜を形成する
ことを特徴とする母材表面皮膜形成方法である。ここに
いう条件は、減圧チャンバ−内の圧力値が6.7×10
3 Pa、溶射電流値が500A、溶射距離が400mm
である。プラズマ溶射は、大気から遮断した減圧チャン
バ−内でなされるため、種々の利点がある。すなわち、
溶射材料の酸化や窒化が防止され、清浄な皮膜が形成で
きること、活性金属や炭化物などの無酸化溶射が可能で
あること、気孔が少なく、高密度の皮膜形成が可能であ
ること、母材表面を酸化せずに十分予熱できるので、密
着性の良い皮膜が形成できること等である。
According to the first aspect of the present invention, an ultra-hard coating is formed on a surface of a base material requiring ultra-hardness by vacuum plasma spraying under predetermined conditions. This is a method of forming a base material surface film. The condition referred to here is that the pressure value in the decompression chamber is 6.7 × 10
3 Pa, spray current value is 500 A, spray distance is 400 mm
It is. Plasma spraying has various advantages because it is performed in a vacuum chamber that is isolated from the atmosphere. That is,
Oxidation and nitridation of the sprayed material are prevented, a clean film can be formed, non-oxidizing thermal spraying of active metals and carbides can be performed, a low-porosity, high-density film can be formed, base material surface Can be sufficiently preheated without being oxidized, so that a film having good adhesion can be formed.

【0009】図10は、チャンバ−圧力と溶射電流の組
み合わせが硬質皮膜の硬さに与える影響を表したもので
ある。縦軸がビッカ−ス硬さで、横軸がチャンバ−圧力
値を示しており、溶射電流を400Aから700Aまで
変化させた場合の変化状態を表している。この図から明
らかなように、最も硬い皮膜を形成するためには、上述
の減圧チャンバ−内の圧力値と溶射電流値との組み合わ
せが最適である。
FIG. 10 shows the effect of the combination of the chamber pressure and the spray current on the hardness of the hard coating. The vertical axis indicates Vickers hardness, and the horizontal axis indicates the chamber pressure value. The vertical axis indicates the changing state when the spray current is changed from 400 A to 700 A. As is apparent from this figure, in order to form the hardest film, the combination of the pressure value in the decompression chamber and the spray current value is optimal.

【0010】図11は、チャンバ−圧力が6.7×10
3 Pa、溶射電流が500Aの場合における溶射距離が
硬質皮膜の硬さに与える影響を表したものである。縦軸
がビッカ−ス硬さで、横軸が溶射距離を示している。こ
の図から明らかなように、最も硬い皮膜を形成するため
には、溶射距離は400mmが最適である。
FIG. 11 shows that the chamber pressure is 6.7 × 10
It shows the effect of the spray distance on the hardness of the hard coating when the spraying current is 3 Pa and the spray current is 500 A. The vertical axis indicates Vickers hardness and the horizontal axis indicates the spray distance. As is clear from this figure, to form the hardest film, the spraying distance is optimally 400 mm.

【0011】なお、超硬皮膜を形成する方法として、プ
ラズマ溶射の他に、高速フレ−ム溶射もあるが、後者の
場合には、上述の条件と異なってくる。
As a method of forming a superhard coating, there is a high-speed frame spraying in addition to the plasma spraying, but in the latter case, the above condition is different.

【0012】請求項2に記載された発明では、耐摩耗性
が求められる母材表面に、減圧プラズマ溶射によりWC-C
o 超硬皮膜を形成した後、前記母材と前記超硬皮膜との
密着力を強化するための予め定められた内容の熱処理を
行うことを特徴とする母材表面皮膜形成方法である。
[0012] According to the second aspect of the present invention, the surface of the base material for which wear resistance is required is subjected to WC-C
o A method of forming a base material surface film, which comprises performing a heat treatment of a predetermined content for enhancing the adhesion between the base material and the super hard film after forming the superhard film.

【0013】ここにいう熱処理の内容は、真空熱処理で
あり、真空度は1.06×10-2Paである。このよう
に真空熱処理を行うことにより、硬質皮膜の酸化が防止
される。
The content of the heat treatment here is a vacuum heat treatment, and the degree of vacuum is 1.06 × 10 −2 Pa. By performing the vacuum heat treatment in this manner, oxidation of the hard coating is prevented.

【0014】熱処理は、上述の真空下において、100
0℃で1.5時間経過後にN2 ガスで冷却し、さらに、
500℃で1時間経過後にN2 ガスで冷却する。この熱
処理により、硬質皮膜との境界面に拡散層が形成され、
硬質皮膜との結合力が向上する。この熱処理は、焼き入
れおよび焼き戻しの意義もある。
The heat treatment is performed under the above-described vacuum for 100 hours.
After 1.5 hours at 0 ° C., the mixture was cooled with N 2 gas.
After 1 hour at 500 ° C., it is cooled with N 2 gas. By this heat treatment, a diffusion layer is formed at the interface with the hard coating,
The bonding strength with the hard coating is improved. This heat treatment also has the meaning of quenching and tempering.

【0015】請求項3に記載された発明では、プレス用
金型のポンチ部表面には、複合皮膜が形成され、この複
合皮膜は、予め定められたそれぞれの条件下で減圧プラ
ズマ溶射により形成された中間層および超硬皮膜で構成
され、また、予め定められた内容の熱処理がなされるも
のであり、この超硬皮膜は、WC-Co 超硬皮膜であること
を特徴とするプレス用金型である。具体的な条件および
内容は以下のものである。
According to the third aspect of the present invention, a composite coating is formed on the surface of the punch portion of the press die, and the composite coating is formed by low-pressure plasma spraying under predetermined conditions. And a heat treatment having a predetermined content. The ultra-hard coating is a WC-Co super-hard coating. It is. The specific conditions and contents are as follows.

【0016】この中間層の溶射粉末としては、Ni(80
%) −Cr(20%) を用いている場合である。Ni(95%)
−Al(5%)を用いる場合よりも硬さおよび耐摩耗性が優
れているからである。ポンチ部表面に中間層を形成する
ことにより、ポンチ部表面と硬質皮膜とのサ−マルスト
レスを緩和させることができる。
As the thermal spray powder of the intermediate layer, Ni (80
%)-Cr (20%) is used. Ni (95%)
This is because hardness and wear resistance are superior to the case where -Al (5%) is used. By forming the intermediate layer on the surface of the punch portion, thermal stress between the surface of the punch portion and the hard coating can be reduced.

【0017】ポンチ部は、300℃で予熱されており、
チャンバ−圧力が10.0×103Pa、溶射電流が7
00A、溶射距離が400mmという条件で中間層を形
成する。その際のプラズマ溶射ガン中の主ガスとして、
Arガスを50リットル/minの流量で導入し、補助
ガスとして、H2 ガスを10リットル/minの流量で
導入する。これが中間層の最適条件である。
The punch is preheated at 300 ° C.
Chamber pressure is 10.0 × 10 3 Pa, spraying current is 7
An intermediate layer is formed under the conditions of 00A and a spray distance of 400 mm. As the main gas in the plasma spray gun at that time,
Ar gas is introduced at a flow rate of 50 l / min, and H 2 gas is introduced at a flow rate of 10 l / min as an auxiliary gas. This is the optimum condition for the intermediate layer.

【0018】中間層の上から硬質皮膜を形成する。硬質
皮膜の溶射粉末は、WC−Coであり、Coの比率は限
定されないが、例えば12%を採用しても良い。硬質皮
膜の溶射のときは、請求項1のときの条件と同様、チャ
ンバ−圧力が6.7×103Pa、溶射電流が500
A、溶射距離が400mmである。また、プラズマ溶射
ガン中の主ガスと補助ガスは、中間層の場合と同様、A
rガスの流量が50リットル/min、H2 ガス流量が
10リットル/minである。このような処理により、
一般に超硬皮膜といわれる皮膜硬度Hv1200程度の
WC-Co 皮膜が形成される。
A hard coating is formed on the intermediate layer. The thermal spray powder of the hard coating is WC-Co, and the ratio of Co is not limited, but may be, for example, 12%. At the time of thermal spraying of the hard coating, the chamber pressure is 6.7 × 10 3 Pa and the thermal spraying current is 500, similar to the condition of claim 1.
A, The spray distance is 400 mm. The main gas and the auxiliary gas in the plasma spray gun are A
The flow rate of the r gas is 50 l / min, and the flow rate of the H 2 gas is 10 l / min. By such processing,
A film hardness of about Hv1200 which is generally called a super hard film
A WC-Co film is formed.

【0019】また、熱処理の内容は、真空度1.06×
10-2Paの真空熱処理であり、1000℃で1.5時
間熱処理してN2 ガスで冷却した後、500℃で1時間
熱処理してN2 ガスで冷却するものである。本発明は、
上記の新しい溶射技術の中の減圧プラズマ溶射法によ
り、サーマルストレスを緩和するためのアンダーコート
層として母材にNi-Cr 合金層を形成し、この層の上にWC
-Co のトップコート層を積層して複合皮膜を形成した
後、真空熱処理により母材と皮膜との密着力を強化し
て、皮膜の硬さがHv1200程度の表面改質層を形成す
るものである。本発明の特徴は、溶射後の熱処理により
母材/アンダーコート層/トップコート層の各界面に拡
散層が形成されるため、母材と複合皮膜との密着力が著
しく強化され、従来適用不可能であったプレス用深絞り
金型やその他の広範な分野における材料の耐摩耗性の表
面改質に適用が可能となった点である。
The content of the heat treatment is a degree of vacuum 1.06 ×
This is a vacuum heat treatment of 10 −2 Pa, in which heat treatment is performed at 1000 ° C. for 1.5 hours, cooled with N 2 gas, and then heat treated at 500 ° C. for 1 hour and cooled with N 2 gas. The present invention
The reduced pressure plasma spraying method in the new spraying technique described above forms a Ni-Cr alloy layer on the base material as an undercoat layer to reduce thermal stress, and WC
After forming a composite film by laminating a top coat layer of -Co, the adhesion between the base material and the film is strengthened by vacuum heat treatment to form a surface modified layer with a hardness of approximately Hv1200. is there. A feature of the present invention is that a diffusion layer is formed at each interface of the base material / undercoat layer / topcoat layer by heat treatment after thermal spraying, so that the adhesion between the base material and the composite coating is significantly enhanced, and the conventional application is not possible. It is possible to apply it to the surface modification of the abrasion resistance of materials in deep drawing dies for presses and other broad fields that were possible.

【0020】すなわち、プレス用金型材料が、焼き入れ
温度が1000℃近くの高温で、しかも空気焼き入れが
可能なものであれば、本発明を実施することができる。
したがって、プレス用金型材料として最も多く使用され
ているSKD11材料を用いることができる。また、本
発明のように、溶射技術と熱処理技術との複合処理をす
ることにより、プレスの深絞り加工のようなしごきの厳
しい加工の金型の表面改質が可能となる。
That is, the present invention can be carried out as long as the die material for pressing is a high temperature having a quenching temperature of about 1000 ° C. and can be air quenched.
Therefore, it is possible to use the SKD11 material most frequently used as a die material for pressing. In addition, by performing a combined treatment of the thermal spraying technique and the heat treatment technique as in the present invention, it is possible to modify the surface of a mold in a severe ironing process such as deep drawing of a press.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。プラズマ溶射ガンの概
略図を図1に示す。これは、水冷した銅製のノズルを陽
極101、タングステンを陰極102とした溶射ガンで
あり、この溶射ガン中に主ガスとしてArガス、補助ガ
スとしてH2 ガスを導入し、両極間にア−ク放電を起こ
してプラズマを発生させる。ノズルは水冷水103によ
り水冷されているので、プラズマはサ−マルピンチ効果
によって急激な体積膨張を起こしてジェット流となり噴
出する。高温のプラズマ中に溶射材料粉末を供給する
と、粉末は溶融もしくは半溶融状態でジェット流によっ
て飛行し、母材表面104に吹きつけられて凝固積層し
て皮膜105を形成する。このようにしてプラズマ溶射
がなされる。減圧プラズマ溶射は、このプラズマ溶射を
減圧チャンバ−内で大気から遮断した減圧下で行うもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic view of a plasma spray gun. This water-cooled copper anode nozzle 101, a spray gun in which the tungsten cathode 102, Ar gas as a main gas during the thermal spray gun, the H 2 gas is introduced as the auxiliary gas, A between both - click Discharge is generated to generate plasma. Since the nozzle is water-cooled by the water-cooled water 103, the plasma undergoes rapid volume expansion due to the thermal pinch effect and is jetted as a jet stream. When the thermal spray material powder is supplied into the high-temperature plasma, the powder flies in a molten or semi-molten state by a jet stream, and is sprayed on the base material surface 104 to be solidified and laminated to form a film 105. Thus, plasma spraying is performed. The reduced pressure plasma spraying is performed under reduced pressure in which the plasma spraying is cut off from the atmosphere in a reduced pressure chamber.

【0022】まず、プラズマ溶射ガンを用いて母材表面
104にアンダ−コ−ト層(中間層)を形成する。ここ
で、アンダ−コ−ト層(中間層)を形成するのは、硬質
皮膜を母材に直接溶射すると、両者の熱膨張率が違うた
めに、サ−マルストレスが発生し、密着性の優れた硬質
皮膜が形成されないからである。
First, an undercoat layer (intermediate layer) is formed on the base material surface 104 using a plasma spray gun. Here, the undercoat layer (intermediate layer) is formed when the hard coating is directly sprayed on the base material, and thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the two, so that the thermal stress is generated. This is because an excellent hard film is not formed.

【0023】中間層の溶射粉末としては、Ni(80%) −
Cr(20%) 、Ni(95%) −Al(5%)を用いており、超硬
皮膜の溶射粉末としては、WC−12%Coを用いてい
る。このように、中間層と硬質皮膜により複合皮膜が構
成される。良好な特性を有する超硬皮膜を形成するため
には、原料粉末が溶融して緻密な膜を形成するに十分な
熱を与えることであるが、しかしWCが熱分解してW-Co炭
化物に変質するほどの熱を与えてはならない。この点を
十分に検討して絞りこんだ条件が以下の結果である。
As the thermal spray powder of the intermediate layer, Ni (80%) −
Cr (20%), Ni (95%)-Al (5%) are used, and WC-12% Co is used as the thermal spray powder for the super hard coating. Thus, a composite film is constituted by the intermediate layer and the hard film. In order to form a super hard film with good properties, it is necessary to melt the raw material powder and apply enough heat to form a dense film, but WC is thermally decomposed to W-Co carbide. Do not give enough heat to alter. The following results are the conditions that have been carefully considered and narrowed down.

【0024】すなわち、基板予熱は、Ni(80%) −Cr
(20%) のときは300℃、Ni(95%)−Al(5%)のとき
は500℃であり、溶射ガン中の主ガスとしてArガス
を流量50リットル/min、補助ガスとしてH2 ガス
を流量10リットル/minで溶射ガンに導入する。
That is, the preheating of the substrate is performed by Ni (80%)-Cr
(20%) is 300 ° C., Ni (95%)-Al (5%) is 500 ° C., Ar gas is used as a main gas in the spray gun at a flow rate of 50 l / min, and H 2 gas is used as an auxiliary gas. The gas is introduced into the spray gun at a flow rate of 10 liter / min.

【0025】この状態の下で中間層の形成を行う。プラ
ズマ溶射は10.0×103 Paの減圧チャンバ−内で
大気から遮断した減圧下で行う。また、溶射電流は70
0A、溶射距離は400mmで行う。
An intermediate layer is formed under this condition. Plasma spraying is performed in a decompression chamber of 10.0 × 10 3 Pa under reduced pressure cut off from the atmosphere. The spray current is 70
0 A and the spraying distance are 400 mm.

【0026】また、硬質皮膜は、WC−12%Coの溶
射粉末を用いて、チャンバ−圧力が6.7×103 Pa
で、溶射電流が500A、溶射距離が400mmという条
件で形成される。中間層と硬質皮膜とで構成される複合
皮膜をこの条件で形成すると、皮膜硬度Hv1200程
度のWC−Co硬質皮膜が形成される。
The hard coating is made of a sprayed powder of WC-12% Co and has a chamber pressure of 6.7 × 10 3 Pa.
Thus, the spraying current is 500 A and the spraying distance is 400 mm. When a composite coating composed of an intermediate layer and a hard coating is formed under these conditions, a WC-Co hard coating having a coating hardness of about Hv1200 is formed.

【0027】耐摩耗性が必要となる場合には、更に以下
の内容の熱処理を行う。すなわち、真空度1.06×1
-2Paで、1000℃×1.5時間でN2 ガスで冷却
し、更に500℃×1時間でN2 ガスで冷却する内容の
熱処理をすれば、耐摩耗性が向上する。
When abrasion resistance is required, a heat treatment having the following contents is further performed. That is, the degree of vacuum is 1.06 × 1
If the heat treatment is performed at 0 -2 Pa at a temperature of 1000 ° C. × 1.5 hours with N 2 gas and then at a temperature of 500 ° C. × 1 hour with N 2 gas, the wear resistance is improved.

【0028】ここで、減圧チャンバー内で図1のプラズ
マ溶射ガンにより上述の条件でSKD11 (25×25×3
mm)の母材に形成した溶射皮膜を、1000℃×1h
(N2冷却)の真空熱処理を行い、母材/中間層/超硬皮
膜の各界面に拡散層が形成されていることをEPMAにより
確認した結果を図2〜図4に示す。図2は溶射皮膜のC
r−Kαについて調べた結果であり、図3はFe−Kα
の場合、図4はNi−Lαの場合である。
Here, SKD11 (25.times.25.times.3) is applied to the plasma spray gun shown in FIG.
mm) of the thermal spray coating formed on the base material
(N 2 cooling) vacuum heat treatment was performed, and EPMA confirmed that a diffusion layer was formed at each interface of the base material / intermediate layer / ultra-hard coating. The results are shown in FIGS. 2 to 4. Figure 2 shows the thermal spray coating C
FIG. 3 shows the results obtained by examining r-Kα, and FIG.
FIG. 4 shows the case of Ni-Lα.

【0029】この結果から、CrとNiがアンダーコート層
(中間層)からトップコート層(超硬皮膜)と母材側に
拡散し、また、母材からアンダーコート層側へFeが拡散
してそれぞれ拡散層を形成して、母材と複合皮膜との密
着力が強化されていると推定される。
From these results, it was found that Cr and Ni diffused from the undercoat layer (intermediate layer) to the top coat layer (ultra-hard coating) and the base material side, and Fe diffused from the base material to the undercoat layer side. It is presumed that the respective diffusion layers were formed to enhance the adhesion between the base material and the composite film.

【0030】このことを実証するために、上述の熱処理
を行った熱処理試験片とas-spray試験片について、大越
式摩耗試験機により、相手材をSCM415として、苛酷な摩
耗条件を想定して、凝着摩耗が始まる摩擦速度4.39
m/s 、最終荷重184N の摩耗条件で摩擦摩耗試験を行
った結果を図5に示す。試験を行った全ての摩擦距離に
おいて熱処理膜はas-spray膜よりも比摩耗量は少ない傾
向にあり、耐摩耗性が熱処理により向上していることが
実証された。光学顕微鏡による組織観察では、900〜
1100℃の熱処理温度においては、皮膜中のWC炭化
物がas-spray膜に比べて微細化しており、これが耐摩耗
性を向上させた理由と考えられる。
In order to prove this, the heat-treated test piece and the as-spray test piece subjected to the heat treatment described above were subjected to severe wear conditions by an Ogoshi-type abrasion tester, with the mating material being SCM415, Friction speed at which cohesive wear begins 4.39
FIG. 5 shows the results of a friction and wear test performed under wear conditions of m / s and a final load of 184 N. The heat-treated film tended to have a smaller specific wear amount than the as-spray film at all the friction distances tested, demonstrating that the wear resistance was improved by the heat treatment. 900-
At the heat treatment temperature of 1100 ° C., the WC carbide in the film is finer than in the as-spray film, which is considered to be the reason for improving the wear resistance.

【0031】次に、本発明の第二の実施形態について説
明する。この実施形態は、プレス用深絞り金型のポンチ
のものであり、略円柱形をしたポンチの形状を図6に示
す。ポンチの材質は、金型として一般的に用いられるS
KD11(非熱処理材)であり、その先端部601の周
囲は、他の部分よりも深さ0.15mmだけ深く切削さ
れている。先端部601では、上述した第一の実施形態
の条件で厚さ0.25mmの複合皮膜を形成するが、後
述するように、熱処理後に0.1mm研磨している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a punch of a deep drawing die for press is used, and the shape of a substantially cylindrical punch is shown in FIG. The material of the punch is S which is generally used as a mold.
KD11 (non-heat-treated material), and the periphery of the tip 601 is cut deeper by 0.15 mm than other portions. At the tip 601, a composite film having a thickness of 0.25 mm is formed under the conditions of the first embodiment described above, but is polished 0.1 mm after the heat treatment as described later.

【0032】その後、所定の熱処理を行う。すなわち、
真空度1.06×10-2Pa、1000℃×1.5h (N2
冷却)・500℃×1h (N2冷却)の真空熱処理を行っ
た後、所定の寸法に研削加工後にダイヤモンドラップ
(#400、800、1200)で鏡面仕上げを行って
実機試験に供した。被プレス材は板厚2mmの熱間圧延材
で、絞り加工により図7のように成形される。プレス加
工は図8の模式図に示したトランスファープレスによ
り、絞り荷重23.7GPa 、ショット数25〜28/mi
n の実際の生産条件で実施した。801はダイ、802
はポンチ、803はポンチを保持するポンチホルダ、8
04は図7に示した被プレス材である。
Thereafter, a predetermined heat treatment is performed. That is,
Degree of vacuum 1.06 × 10 -2 Pa, 1000 ° C. × 1.5 h (N 2
After performing a vacuum heat treatment at 500 ° C. × 1 h (cooling with N 2 ), grinding to a predetermined size, mirror finishing with a diamond wrap (# 400, 800, 1200) was performed for actual machine test. The material to be pressed is a hot-rolled material having a thickness of 2 mm, and is formed by drawing as shown in FIG. The press working is performed by the transfer press shown in the schematic diagram of FIG. 8 and the drawing load is 23.7 GPa, the number of shots is 25 to 28 / mi.
n Actual production conditions. 801 is a die, 802
Is a punch, 803 is a punch holder for holding the punch, 8
Reference numeral 04 denotes a material to be pressed shown in FIG.

【0033】図9に示したように、as-sprayのポンチの
寿命は僅か約50ショットであったが、熱処理を行った
ポンチは300,000ショットの加工後も異常は見ら
れず、as-sprayのポンチとは桁違いの耐久性を示した。
また、硬質クロムめっきのポンチの寿命8000〜90
00ショットに比べても6倍近くの耐久性を示し、溶射
と熱処理を併用した複合表面改質技術の有効性が実証さ
れた。
As shown in FIG. 9, although the life of the as-spray punch was only about 50 shots, the heat-treated punch did not show any abnormality even after processing 300,000 shots. It showed an order of magnitude more durability than the spray punch.
In addition, the life of the hard chrome plating punch is 8000 to 90.
The durability was nearly 6 times that of the 00 shot, demonstrating the effectiveness of the composite surface modification technique using both thermal spraying and heat treatment.

【0034】[0034]

【発明の効果】請求項1に記載された発明によれば、母
材表面が超硬度になる表面改質処理が低コストで達成さ
れる。
According to the first aspect of the present invention, the surface modification treatment for making the surface of the base material super-hard can be achieved at low cost.

【0035】請求項2に記載された発明によれば、母材
表面の耐摩耗性が向上する表面改質処理を用いることが
できる材料の範囲が広くなり、例えばSKD11にも用
いることができる。また、この表面改質処理が低コスト
で達成される。
According to the second aspect of the present invention, the range of materials which can be used for the surface modification treatment for improving the wear resistance of the base material surface is widened, and for example, it can be used for SKD11. Further, this surface modification treatment is achieved at low cost.

【0036】請求項3に記載された発明によれば、プレ
ス用金型の硬度が向上するとともに、容易な内容の熱処
理によりプレス用金型の耐摩耗性が飛躍的に向上し、プ
レス機械の金型交換作業頻度を少なくさせることがで
き、プレス機械による製造コストを低減することができ
る。また、プレス用金型として一般的に用いられている
SKD11にも、この内容の熱処理を行うことが可能と
なるため、金型自体の製造コストをも低減することがで
きる。
According to the third aspect of the present invention, the hardness of the press mold is improved, and the wear resistance of the press mold is significantly improved by easy heat treatment. The frequency of mold replacement work can be reduced, and the manufacturing cost by a press machine can be reduced. In addition, since the heat treatment of this content can be performed on the SKD 11 generally used as a pressing die, the manufacturing cost of the die itself can be reduced.

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

【図1】本発明で使用するプラズマ溶射ガンの原理図で
ある。
FIG. 1 is a principle view of a plasma spray gun used in the present invention.

【図2】Cr-Kα 線のEPMAによる濃度マッピングであ
る。
FIG. 2 is a concentration mapping of Cr-Kα ray by EPMA.

【図3】Ni-Lα 線のEPMAによる濃度マッピングであ
る。
FIG. 3 is a concentration mapping of Ni-Lα ray by EPMA.

【図4】Fe-Kα 線のEPMAによる濃度マッピングであ
る。
FIG. 4 is a concentration mapping of Fe-Kα ray by EPMA.

【図5】as-spray膜と熱処理膜の摩耗試験結果を示した
図である。
FIG. 5 is a view showing a wear test result of an as-spray film and a heat-treated film.

【図6】実機試験に適用したプレス用深絞り金型のポン
チの模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of a punch of a deep drawing die for press applied to an actual machine test.

【図7】プレス成形品の模式図である。FIG. 7 is a schematic view of a press-formed product.

【図8】プレス加工の模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of press working.

【図9】各ポンチの耐久性を示すショット数である。FIG. 9 is a shot number showing the durability of each punch.

【図10】硬質皮膜の硬さに及ぼすチャンバ−圧力の影
響を表した説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the influence of chamber pressure on the hardness of a hard coating.

【図11】硬質皮膜の硬さに及ぼす溶射距離の影響を表
した説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the effect of the spraying distance on the hardness of the hard coating.

【符号の説明】 101 陽極 102 陰極 103 冷却水 104 母材表面 105 皮膜[Description of Signs] 101 anode 102 cathode 103 cooling water 104 base material surface 105 coating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村 田 省 三 静岡県静岡市北丸子1−30−45 村田ボ− リング技研株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Shozo Murata 1-30-45 Kitamaruko, Shizuoka City, Shizuoka Prefecture Inside Murata Boring Giken Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超硬度が求められる母材表面に、予め定
められた条件下で減圧プラズマ溶射により超硬皮膜を形
成することを特徴とする母材表面皮膜形成方法。
1. A method for forming a surface coating of a base material, comprising forming a superhard coating on a surface of a base material required to have superhardness under reduced pressure plasma spraying under predetermined conditions.
【請求項2】 耐摩耗性が求められる母材表面に、減圧
プラズマ溶射によりWC-Co 超硬皮膜を形成した後、前記
母材と前記超硬皮膜との密着力を強化するための予め定
められた内容の熱処理を行うことを特徴とする母材表面
皮膜形成方法。
2. After forming a WC-Co ultra-hard coating on the surface of a base material for which wear resistance is required by reduced pressure plasma spraying, a predetermined method for enhancing the adhesion between the base material and the super-hard coating is used. A method for forming a base material surface film, wherein a heat treatment of the specified contents is performed.
【請求項3】 プレス用金型のポンチ部表面には、複合
皮膜が形成され、 この複合皮膜は、予め定められたそれぞれの条件下で減
圧プラズマ溶射により形成された中間層および超硬皮膜
で構成され、また、予め定められた内容の熱処理がなさ
れるものであり、 この超硬皮膜は、WC-Co 超硬皮膜であることを特徴とす
るプレス用金型。
3. A composite film is formed on the surface of the punch portion of the pressing die, and the composite film is an intermediate layer and a super hard film formed by low pressure plasma spraying under predetermined conditions. A press die, which is configured and heat-treated with predetermined contents, and wherein the superhard coating is a WC-Co superhard coating.
JP23625096A 1996-09-06 1996-09-06 Formation of film on base material surface and metallic mold for press working Withdrawn JPH1081949A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23625096A JPH1081949A (en) 1996-09-06 1996-09-06 Formation of film on base material surface and metallic mold for press working

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23625096A JPH1081949A (en) 1996-09-06 1996-09-06 Formation of film on base material surface and metallic mold for press working

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1081949A true JPH1081949A (en) 1998-03-31

Family

ID=16998007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23625096A Withdrawn JPH1081949A (en) 1996-09-06 1996-09-06 Formation of film on base material surface and metallic mold for press working

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1081949A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007231420A (en) * 2006-02-06 2007-09-13 Hamilton Sundstrand Corp Component having improved resistance to crack and coating process therefor
CN104264098A (en) * 2014-09-15 2015-01-07 广东新劲刚新材料科技股份有限公司 Preparation method of explosion spraying tungsten carbide wear-resistant coating
CN106029940A (en) * 2014-03-03 2016-10-12 株式会社神户制钢所 Hard film and method for forming same, and die for use in hot forming of steel sheet
WO2017038556A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社神戸製鋼所 Coating film, hot-forming die, and hot forming method
CN111940611A (en) * 2020-08-07 2020-11-17 和县卜集振兴标准件厂 Method for improving precision of alloy steel stamping die

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007231420A (en) * 2006-02-06 2007-09-13 Hamilton Sundstrand Corp Component having improved resistance to crack and coating process therefor
US7854966B2 (en) 2006-02-06 2010-12-21 Hamilton Sundstrand Corporation Coating process for fatigue critical components
CN106029940A (en) * 2014-03-03 2016-10-12 株式会社神户制钢所 Hard film and method for forming same, and die for use in hot forming of steel sheet
EP3115480A4 (en) * 2014-03-03 2017-10-11 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Hard film and method for forming same, and die for use in hot forming of steel sheet
US10233530B2 (en) 2014-03-03 2019-03-19 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Hard film and method for forming same, and die for use in hot forming of steel sheet
CN106029940B (en) * 2014-03-03 2019-12-13 株式会社神户制钢所 Hard coating film, method for forming same, and die for hot forming of steel sheet
CN104264098A (en) * 2014-09-15 2015-01-07 广东新劲刚新材料科技股份有限公司 Preparation method of explosion spraying tungsten carbide wear-resistant coating
CN104264098B (en) * 2014-09-15 2016-08-17 广东新劲刚新材料科技股份有限公司 Preparation method of explosion spraying tungsten carbide wear-resistant coating
WO2017038556A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社神戸製鋼所 Coating film, hot-forming die, and hot forming method
CN111940611A (en) * 2020-08-07 2020-11-17 和县卜集振兴标准件厂 Method for improving precision of alloy steel stamping die

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3204173B1 (en) Method for manufactured a rolling mill roll by laser cladding
EP1968795B1 (en) Manufacture of printing cylinders
US20070261767A1 (en) Thermal spray coated work rolls for use in metal and metal alloy sheet manufacture
JP4701568B2 (en) Covering member for metal forming machine
CN108048784A (en) A kind of method that plasma thermal sprayed prepares nitride enhancing high-entropy alloy coating
JP2001515791A (en) Extrusion mold and its manufacturing method
KR100338572B1 (en) Compound roll for thin cold rolled steel strip and method of manufacturing same
EP2816138B1 (en) Cermet film, coated metal body having cermet film, method for producing cermet film, and method for producing coated metal body
US7001670B2 (en) Wear protection layer for piston rings, containing wolfram carbide and chromium carbide
JP2002371352A (en) Method for forming vanadium-based film
JPH1081949A (en) Formation of film on base material surface and metallic mold for press working
CN110004372B (en) High-temperature-resistant, oxidation-resistant and wear-resistant metallurgical roller and preparation method thereof
CN103025908A (en) Roll for hot-rolling apparatus and process for producing same
EP4105351A1 (en) Method for obtaining rolling mill rolls with a coating of tungsten carbide alloys, and resulting roll
GB2140462A (en) Multi-layer coated metallic body
JPH10195625A (en) Wear resistant coating parts and its manufacture
RU2791269C1 (en) Method for coating of tungsten carbide alloys on rolls of rolling mill and roll obtained by such method
JPH0288756A (en) Formation of wear-resistant film
JPH11171562A (en) Plunger for bottle making and its production
JPS6087910A (en) Roll for rolling
JP2785139B2 (en) Composite roll for rolling and manufacturing method thereof
RU60014U1 (en) ELECTROEROSIVE COATING DEFORMATION TOOL
JPH0794705B2 (en) Abrasion resistant composite material and manufacturing method thereof
CN115074661A (en) Preparation method of high-temperature wear-resistant composite steel rolling roll collar
JP2004001070A (en) Wc cermet-sprayed roll excellent in wear resistance

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: 20031202