KR101700551B1

KR101700551B1 - 연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막

Info

Publication number: KR101700551B1
Application number: KR1020157020171A
Authority: KR
Inventors: 겐지 야마모토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2017-01-26
Also published as: CA2896782A1; JP2014145114A; WO2014119212A1; CN104937130B; EP2952609A1; CN104937130A; KR20150099851A; EP2952609A4; US9410235B2; US20150352623A1; US20170036258A1; JP6055324B2

Abstract

연질 금속에 대하여 응착되기 어려운 경질 피막이며, 해당 연질 금속과 접촉하는, 예를 들어 금형 표면의 피복에 적합한 경질 피막을 제공한다. 해당 경질 피막은, Ti, Al 및 Cr로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 금속 원소와, O(산소)만 또는 O와, C와 N의 1종 이상을 포함하는 비금속 원소로 구성되고, 전체 비금속 원소에서 차지하는 상기 O의 비율이 원자비로 0.2 이상인 점에 특징을 갖는다.

Description

연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막{HARD COATING FILM HAVING ANTI-ADHESION PROPERTY TO SOFT METAL}

본 발명은 연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막에 관한 것이다.

예를 들어 Zn 도금 강판과 같이, 표면이 Zn 등의 연질 금속으로 구성된 재료에 대하여, 가공을 실시하거나 미끄럼 이동시키는 경우, 상기 연질 금속과 접촉하는 부재(예를 들어 금형 등)의 표면에는 상기 연질 금속이 응착, 나아가 퇴적되어, 피가공물의 표면 품질이 손상된다고 한 문제가 있다.

구체적으로 예를 들어, 열간 성형인 핫 프레스법에서는 다음과 같은 문제가 있다. 핫 프레스(「다이 퀀치」라고도 함)법은, 강판(블랭크)을 오스테나이트 영역의 온도(통상 800 내지 900℃)로 가열하고, 수냉한 금형으로 급냉함과 동시에, 원하는 부품 형상으로 성형하는 기술이다. 강판의 가열부터 프레스 가공까지의 공정은, 비용적인 관점에서 대기 중에서 행해지기 때문에, 강판의 산화에 의한 스케일 생성의 억제를 목적으로, 해당 강판으로서, 그 표면에 Al 또는 Zn을 주체로 하는 도금층이 형성된 도금 강판이 자주 사용된다. 그러나, 해당 도금 강판을 사용한 경우, 특히 아연(Zn) 도금 강판을 사용한 경우에는 쇼트수의 증가와 함께 프레스용 금형에 Zn이 응착되고, 현저한 경우에는 해당 금형의 형상이 변화될 때까지 이르러, 제품 형상이나 성형한 강판의 표면 품질에 문제를 초래한다.

일반적으로, 상기 핫 프레스 등에 사용되는 금형에는, 강판과의 접찰 마모 대책으로서, 해당 금형의 표면에 TiN 등의 세라믹 피막이 코팅으로서 형성된다. 그러나 이 경우에도 상기 연질 금속에 대한 내응착성은 충분하다고는 하기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 상기 연질 금속에 대하여 응착되기 어려운 경질 피막 및 해당 경질 피막이 표면에 형성된 경질 피막 피복 부재로서, 특히 금형을 실현하는 데 있다.

또한, 이하에서는, 본 발명의 경질 피막을, 경질 피막 피복 부재로서 지그(특히는 금형)의 표면에 피복하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 후술하는 대로 본 발명의 경질 피막을 미끄럼 이동 부재 등의 표면에 형성해도 좋다.

상기 과제를 해결할 수 있던 본 발명의, 연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막은, Ti, Al 및 Cr로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 금속 원소와, O(산소)만 또는 O와, C와 N의 1종 이상을 포함하는 비금속 원소로 구성되고, 전체 비금속 원소에서 차지하는 상기 O의 비율이 원자비로 0.2 이상인 것에 특징을 갖는다.

연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 본 발명의 다른 경질 피막은, 표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01㎛ 이상 3㎛ 이하인 점에 특징을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시 형태로서, 상기 경질 피막은, 표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01㎛ 이상 3㎛ 이하를 만족하면서, 또한, Ti, Al 및 Cr로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 금속 원소와, O(산소)만 또는 O와, C와 N의 1종 이상을 포함하는 비금속 원소로 구성되고, 전체 비금속 원소에서 차지하는 상기 O의 비율이 원자비로 0.2 이상을 만족하는 것이다.

상기 경질 피막으로서,

(a) 상기 금속 원소가 Ti, Cr 및 Al을 포함하고, 전체 금속 원소에서 차지하는 비율(원자비)이, Ti: 0.10 이상 0.40 이하, Cr: 0.10 이상 0.40 이하 및 Al: 0.40 이상 0.70 이하를 만족하는 경질 피막이나,

(b) 상기 금속 원소가 Ti, Cr, Al 및 Si를 포함하고, 전체 금속 원소에서 차지하는 비율(원자비)이, Ti: 0.10 이상 0.40 이하, Cr: 0.10 이상 0.40 이하, Al: 0.40 이상 0.70 이하 및 Si: 0.010 이상 0.10 이하를 만족하는 경질 피막을 들 수 있다.

상기 금속 원소의 일부는, 전체 금속 원소에서 차지하는 비율(원자비)로 0.2를 상한으로 하여, 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Si, Y 및 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소로 치환되어 있어도 좋다.

본 발명에는 상기 경질 피막이 표면에 피복되어 있는 점에 특징을 갖는 금형도 포함된다.

상기 금형을, 적어도 표면이 Zn, Sn, Al 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 연질 금속으로 구성된 피성형재의, 열간 성형(특히는, 아연 도금 강판의 열간 성형)에 사용한 경우에, 본 발명의 효과가 충분히 발휘된다.

본 발명의 경질 피막은, Zn 등의 연질 금속에 대한 내응착성(이하, 간단히 「내응착성」이라는 경우가 있음)이 우수하다. 따라서 본 발명의 경질 피막을, 예를 들어 소성 가공, 절단 가공 또는 절삭 가공 등에 사용되는 금형·지그(이하 「지그」라고 총칭함)의 표면에 형성하면, 해당 지그와, 표면이 상기 연질 금속으로 구성된 피가공재가 접촉한 때의, 지그 표면에의 연질 금속의 응착이 억제된다. 상기 가공이, 열간 가공(특히는, 열간 성형인 핫 프레스)인 경우에도 지그 표면에의 연질 금속의 응착이 억제된다. 그 결과, 지그를 장기에 걸쳐 안정되게 반복 사용할 수 있다.

본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭했다. 그 결과, 연질 금속에 대한 지그의 내응착성을 향상시키기 위해서는, 해당 지그의 최표면에, 비금속 원소로서 O(산소)를 함유시켜 절연성을 높인 경질 피막을 형성하는 것이 유효한 것을 찾아냈다.

우수한 내응착성을 발휘시키기 위해서는, 경질 피막을 구성하는 전체 비금속 원소에서 차지하는 상기 O의 비율이 원자비로 0.2 이상일 필요가 있다. 상기 O의 비율(원자비)은, 바람직하게는 0.5 이상, 보다 바람직하게는 0.7 이상이다. 또한, 상기 O의 비율의 상한은 특별히 한정되지 않고 비금속 원소가 산소뿐(즉, 전체 비금속 원소에서 차지하는 O의 비율이 원자비로 1)이어도 좋다.

비금속 원소는, 상기 O(산소)만 또는 O와, C와 N의 1종 이상을 포함한다. 비금속 원소로서 상기 O와 함께, C와 N의 1종 이상을 포함함으로써, 경질 피막의 경도를 보다 높일 수 있다. 해당 C와 N의 1종 이상은, 전체 비금속 원소에서 차지하는 비율(원자비, C와 N의 양쪽을 포함하는 경우는 합계의 원자비)로, 0.10 이상(또한, 0.20 이상)으로 할 수 있다. 또한, C와 N의 1종 이상의 원자비의 상한은, 상기 O의 비율로부터 0.8로 된다.

또한 본 발명의 경질 피막은, 금속 원소로서, Ti, Al 및 Cr로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함한다. 또한, 상기 금속 원소의 일부가, 전체 금속 원소에서 차지하는 비율(원자비, 단독 원소의 경우에는 단독량을 나타내고, 복수 원소의 경우에는 합계량을 나타냄)로 0.2를 상한으로 하고, 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Si, Y 및 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소(이하 「X군 원소」라고 하는 경우가 있음)로 치환되어 있어도 좋다. X군 원소를 포함하는 경우, X군 원소량은 예를 들어 원자비로 0.01 이상으로 할 수 있다. 내응착성은, 상기 치환에 의해 저하되지 않는다.

본 발명의 경질 피막은, 접촉(미끄럼 이동) 대상이 주로 Zn, Sn 등의 연질 금속이지만, 상기 대상이 아연 도금 강판인 경우, 아연 도금이 형성되어 있지 않은 부분(즉, 강판)이 미끄럼 이동 대상으로 되는 경우도 있다. 또한 열간 가공의 경우, 고온으로 가열된 강판과의 접촉도 있다. 따라서, 경질 피막에는 내열성/내산화성도 필요해진다. 경질 피막에 이들 특성(특히 내산화성)을 부여하는 관점에서, 경질 피막을 구성하는 금속 원소는 TiAl, CrAl, TiCrAl 또는 이들에 Si가 더 포함된 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 TiCrAl 또는 TiCrAlSi이다.

상기 금속 원소가 TiCrAl인 경우, 전체 금속 원소에서 차지하는 각 금속 원소의 비율(원자비)은, Ti: 0.10 이상 0.40 이하, Cr: 0.10 이상 0.40 이하, Al: 0.40 이상 0.70 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속 원소가 TiCrAlSi인 경우, 전체 금속 원소에서 차지하는 각 금속 원소의 비율(원자비)은, Ti: 0.10 이상 0.40 이하, Cr: 0.10 이상 0.40 이하, Al: 0.40 이상 0.70 이하, Si: 0.010 이상 0.10 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명자는, 연질 금속과 접촉하는 지그의 최표면에, 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01㎛ 이상 3㎛ 이하를 만족하는 표면을 갖는 경질 피막을 형성하는 것도, 연질 금속에 대한 지그의 내응착성 향상에 유효한 것을 찾아냈다.

상세하게는, 본 발명자는, 연질 금속과 지그의 최표면이 접촉한 때에, 이들 접촉 면적이 크면 응착이 발생하기 쉬운 것을 먼저 발견하고, 지그의 최표면을 구성하는 경질 피막을, 상기 규정 범위의 적당한 거칠기를 갖는 것으로 하면, 응착이 발생하기 어려워지는 것을 찾아냈다. 상기 Ra가 0.01㎛ 미만인 경우, 연질 금속과 경질 피막이 전면적으로 접촉하여 접촉 면적이 커져, 응착이 발생하기 쉽다. 따라서 상기 Ra는 0.01㎛ 이상으로 한다. 상기 Ra는, 보다 바람직하게는 0.10㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 이상, 보다 더욱 바람직하게는 1.0㎛ 이상, 특히 바람직하게는 1.5㎛ 이상이다. 한편, 상기 Ra가 3㎛를 초과하는 경우, 경질 피막 표면의 돌기, 즉 지그 표면의 돌기가 높아지고, 지그 표면의 거친 표면 성상이 접촉 대상인 연질 금속에 프린트되어, 연질 금속의 표면 거칠기가 커지기 때문에 권장되지 않는다. 따라서 상기 Ra는 3㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 2.5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2㎛ 이하이다.

상기 Ra는 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정되는 것이다.

본 발명의 경질 피막을 형성하는 방법으로서, 이온 플레이팅법(예를 들어 AIP법: Arc Ion Plating법 등)이나 스퍼터링법 등의 기상 코팅법을 사용할 수 있다. 상기 Ra의 경질 피막을 얻기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 경질 피막을 형성하기 전에 기재의 표면 거칠기를 조정하고 나서, 가능한 한 평활한 경질 피막을 기재 표면에 형성하여, 기재의 표면 성상이 경질 피막의 표면 성상에 충실하게 재현되는 것이 권장된다. 상기 가능한 한 평활한 경질 피막을 형성하기 위해서는, 상기 기상 코팅법 중에서도, 필터드 아크 이온 플레이팅법 또는 스퍼터링법이 바람직하다. 특히 스퍼터링법(또한 특히는, 언밸런스 마그네트론 스퍼터링(Unbalanced Magnetron Sputtering, UBMS)법)이, 원리적으로 핀 홀의 기점으로 되는 파티클이 발생하지 않는 점에서, 내응착성의 보다 우수한 경질 피막을 형성할 수 있다. 상기 각 방법으로 성막할 때의 성막 조건은, 일반적인 조건을 채용하면 된다. 상기 어느 방법에서든, 경질 피막의 상기 금속 원소(필요에 따라 상기 X군 원소가 포함됨)로 구성되는 타깃을 사용하여, 분위기 가스로서, 산소 가스, 필요에 따라 질소 가스, 메탄 등의 탄화수소 가스, Ar 가스 등을 더 사용하여, 본 발명의 경질 피막을 형성하는 것을 들 수 있다.

또한 상기 필터드 아크 이온 플레이팅법의 경우, 성막 조건으로서 예를 들어, 기재 온도: 300 내지 700℃, 바이어스 전압: -30 내지 -70V(바이어스 전압의 마이너스 표시는, 접지 전위에 대하여 기재가 마이너스 전위로 되는 것을 의미하고 있음. 이하 동일함), 전체 가스압: 1 내지 5Pa로 하는 것을 들 수 있다. 상기 스퍼터링법의 경우, 성막 조건으로서 예를 들어, 기재 온도: 300 내지 700℃, 투입 전력: 예를 들어 3kW(타깃 직경이 6인치인 경우), 전체 가스압: 예를 들어 0.6Pa로 하는 것을 들 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 Ra의 경질 피막을 얻기 위해서는, 해당 경질 피막을 형성하기 전에 기재의 표면 거칠기를 조정하는 것이 권장된다. 경질 피막 피복 전의 기재 표면의 거칠기는, 반드시 경질 피막의 Ra의 범위로 할 필요는 없다. 예를 들어 쇼트 블라스트 등으로 기재 표면을 가공하고, 기재 표면의 Ra를, 예를 들어 Ra 1.5㎛±20％의 범위로 한 후에, 해당 기재 표면에 상술한 바와 같이 경질 피막을 형성하는 방법을 들 수 있다. 상기 쇼트 블라스트에 의한 가공 후에는, 해당 쇼트 블라스트에 의해 발생한 예리한 각을 제거하기 위하여, 또한 예를 들어 투사형의 연마에 의해, 기재 표면의 형상이 크게 변화하지 않는 범위에서 연마하는 것이 권장된다. 또한 경질 피막 형성 후에는 해당 경질 피막의 표면에 부착된 파티클 등을 제거하기 위하여, 경질 피막 표면에 대하여, 예를 들어 투사형의 연마를 실시하는 것이 권장된다.

본 발명에는, 상기 경질 피막이 표면(최표면)에 피복되어 있는 점에 특징을 갖는 경질 피막 피복 부재로서, 특히 금형도 포함된다.

상기 경질 피막 피복 부재(특히 금형, 또한 특히는 핫 프레스용 금형)는, 적어도 표면이 연질 금속(Zn 등)으로 구성된 피가공재(피성형재)에 대하여 열간 가공(특히는, 응착이 발생하기 쉬운 아연 도금 강판을 피성형재로 하는 핫 프레스)을 행하는 경우에 사용하면, 본 발명의 효과가 충분히 발휘된다.

상기 연질 금속으로서, Zn, Sn, Al 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 금속이나 합금을 들 수 있다.

상기 「적어도 표면이 연질 금속(Zn 등)으로 구성된 피가공재(피성형재)」로서, Zn, Sn, Al 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 도금층이 형성된 금속판(예를 들어 강판) 외에, 순Al재, Al기 합금재, 순Sn재, Sn기 합금재, 순Zn재, Zn기 합금재, Mg기 합금재 등을 들 수 있다. 상기 피가공재(피성형재)로서, 특히, 아연 도금 강판(용융 아연 도금 강판(GI), 합금화 용융 아연 도금 강판(GA), 전기 아연 도금 강판(EG)이 포함됨)을 사용한 경우에, 본 발명의 효과가 충분히 발휘된다.

상기 도금 강판 이외의 피가공재를 사용한 가공 방법으로서, 예를 들어 Al계 금속의 단조나, Al 다이캐스트, Zn 다이캐스트, Mg 다이캐스트 등을 들 수 있다.

상기 경질 피막 피복 부재로서, 상기 핫 프레스용 금형 이외에, 단조 가공, 압출 성형 등에 사용되는 금형, 지그(칩, 드릴, 엔드밀 등의 절삭 공구나 펀칭 펀치 등을 포함함), 자동차 부품이나 기계 부품에 있어서의 미끄럼 이동 부재 등에도, 본 발명의 경질 피막을 적용할 수 있다.

상기 경질 피막 피복 부재(특히 금형)는, 적어도 연질 금속과의 접촉 부분이 본 발명의 경질 피막으로 피복되어 있으면 되고, 연질 금속의 비접촉 부분의 피복은 특별히 상관없다.

본 발명의 경질 피막의 막 두께는 0.5㎛ 이상인 것이 바람직하다. 해당 막 두께가 0.5㎛ 미만에서는 피복이 충분하지 않아, 기재가 노출되는 경우가 있기 때문이다. 상기 막 두께는, 보다 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 한편, 경질 피막의 막 두께가 지나치게 두꺼우면 박리가 발생하기 쉬워지기 때문에, 해당 경질 피막의 막 두께는 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 해당 막 두께는, 보다 바람직하게는 5㎛ 이하이다.

상기 경질 피막 피복 부재(특히 금형)는, 그 최표면이 본 발명에서 규정하는 경질 피막으로 구성되어 있으면 되며, 최표면의 경질 피막과 기재 사이에, 본 발명에서 규정하는 이외의 경질 피막이나, CrN, TiN 등의 중간층이 형성되어 있어도 좋다.

본원은, 2013년 1월 29일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-014676호에 기초하는 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 2013년 1월 29일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-014676호의 명세서의 전체 내용이, 본원에 참고를 위하여 원용된다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니고, 상술·후술하는 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[실시예 1]

실시예 1에서는, (TiCrAlSi)(ON)막[조성은 원자비로 (Ti0.20Cr0.20Al0.55Si0.05)(O0.80N0.20)]를 사용하고, 표면 거칠기를 바꾸어, 이 표면 거칠기가 내응착성에 미치는 영향을 검토했다.

후술하는 표면 거칠기의 평가용 및 응착성의 평가용으로서, JIS 규격의 합금 공구강 강재인 SKD61제의 금형(기재)을 준비했다.

상기 기재에 대하여, 코팅의 형성 전에, 표 1에 나타낸 바와 같이 경면 연마 또는 쇼트 블라스트를 행하여, 기재의 거칠기를 표 1의 Ra에 가까운 값으로 조정했다. 계속해서, 필터드 아크 이온 플레이팅법(표 중 「필터 AIP」라고 표기) 또는 언밸런스 마그네트론 스퍼터링법(표 중 「UBMS」라고 표기)으로, 상기 각 기재의 표면에 약 3㎛의 코팅을 형성했다.

상기 필터드 아크 이온 플레이팅법(필터 AIP)의 성막 조건은, 기재 온도: 400℃, 전체 가스압: 2Pa, 바이어스 전압: -70V로 했다. 또한 상기 언밸런스 마그네트론 스퍼터링법(UBMS)의 성막 조건은, 기재 온도: 400℃, 전체 가스압: 0.6Pa, 투입 전력: 3kW(타깃 직경 6인치)로 했다. 어떤 방법으로든, 타깃으로서, 조성(원자비)이 (Ti0.20Cr0.20Al0.55Si0.05)인 TiCrAlSi 타깃을 사용했다. 또한 성막 시의 분위기 가스는, 필터 AIP의 경우, 산소+질소의 혼합 가스로 하고, UBMS의 경우에는 아르곤+산소+질소의 혼합 가스로 했다. 또한, 비교예로서, 코팅을 형성하지 않은 샘플도 준비했다(표 1의 No.1 및 2).

그리고 성막 후에, 투사형의 연마 장치(에어로 랩(등록 상표), 가부시키가이샤 야마시타 워크스제)를 사용하여 코팅 표면의 연마를 행하여, 표 1에 나타내는 Ra가 다양한 샘플을 제작했다. 본 실시예에서는, 기재 표면의 조정 방법인 쇼트 블라스트의 실시 시간이나 표 1에 나타내는 바와 같이 쇼트 블라스트에 사용하는 투사 입자 사이즈를 바꿈으로써, 코팅의 성분 조성 및 성막 방법이 동일하고 Ra이 상이한 샘플을 제작했다.

이들 샘플을 사용하여, 코팅의 표면 성상의 평가(Ra)와 내응착성의 평가를 다음과 같이 하여 행했다.

(표면 거칠기(Ra)의 측정)

각 샘플의 Ra는, 촉침식의 표면 조도계를 사용하여, 하기 표 2(Ra를 구할 때의 컷오프값 및 평가 길이의 표준값을 표시)에 나타난 JIS B 0601에 규정된 방법으로 측정했다.

상기 측정을, 코팅의 표면의 임의의 장소에서 5점 행하고, 그 평균값을 채용했다. 깊은 홈이나 흠집이 있는 경우에는 그 부분을 피하고 측정을 행했다. 또한, 표 1의 No.1 및 No.2는, 코팅을 형성하고 있지 않은 예이며, 표 1 중의 Ra는, 기재의 표면 거칠기를 참고로 측정한 것이다.

(연질 금속에 대한 내응착성의 평가)

연질 금속의 대표로서 Zn을 선택하고, 판재(블랭크)로서 합금화 용융 아연 도금(GA) 강판(아연 도금 강판)을 준비했다. 그리고, 상기 코팅이 있음·없음의 굽힘 금형을 사용하여, 하기 온도로 가열한 상기 아연 도금 강판에 대하여 굽힘 가공을 하기 성형 조건에서 행하여, 가공 후의 금형 표면에 있어서의 Zn 응착 상황을 조사했다.

(성형 조건)

판재(블랭크): 합금화 용융 아연 도금(GA) 강판

(인장 강도 590MPa, 판 두께 1.4㎜)

금형 재료: JIS 규격의 합금 공구강 강재인 SKD61재+표 1에 나타내는 각종 코팅

가압 하중: 1t

가열 온도: 760℃

그리고, Zn 응착 상황을 다음의 평가 기준으로 나타내는 대로 6단계로 나누어, 3 이하를 내응착성이 우수하다고 평가했다.

(평가 기준)

금형의 상기 판재와의 접촉면에 있어서, Zn이 응착되어 있는 면적의 비율(％)을 구하여, 다음 0 내지 5단계로 평가했다.

5: 60％ 초과

4: 30％ 초과 60％ 이하

3: 20％ 초과 30％ 이하

2: 10％ 초과 20％ 이하

1: 5％ 초과 10％ 이하

0: 5％ 이하

이들 결과를 상기 표 1에 나타낸다.

표 1로부터 다음의 것을 알 수 있다. No.1은, 금형 표면에 코팅이 없고, 표면이 평활하기 때문에, 연질 금속의 응착량이 현저하게 많아졌다. 또한, No.2는, 금형 표면에 코팅이 없지만, 쇼트 블라스트에 의해 금형 표면의 거칠기가 제어되고 있기 때문에 연질 금속의 응착량은, 표면의 경면 연마된 금형보다도 적어졌다.

No.12는, 코팅이 형성되어 있으나, 해당 코팅 표면의 Ra가 지나치게 크기 때문에, 연질 금속의 응착량이 많아졌다.

No.3 내지 11은, 코팅으로서, Ra가 본 발명의 규정 범위 내에 있는 경질 피막이 형성되어 있고, 해당 경질 피막이 표면에 형성된 금형을 사용하면, 연질 금속의 응착량이 충분히 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, No.3 및 4는, No.5 내지 11보다도 코팅 표면의 Ra가 작고, 연질 금속의 응착량은 허용 범위 내이지만 상기 No.5 내지 11보다도 많아졌다.

[실시예 2]

실시예 2에서는, 표면 거칠기가 거의 일정하고 성분 조성이 상이한 다양한 코팅을 형성하여, 피막의 성분 조성이 내응착성에 미치는 영향을 검토했다.

상세하게는, 기재로서 굽힘 금형을 사용하여, 기재 표면에 대하여 코팅의 형성 전에 쇼트 블라스트를 행한 후, 표 3에 나타내는 다양한 성분 조성의 코팅을 표 3에 나타내는 성막 방법으로 형성하고, 계속해서, 실시예 1과 마찬가지로 코팅 표면의 연마를 행하여, 어느 예든 코팅의 표면 거칠기를 거의 일정(Ra: 1.5 내지 1.7㎛)하게 했다.

상기 코팅의 형성에는, 표 3에 나타내는 코팅의 금속 원소로 구성되는 타깃을 사용했다. 또한 성막 시의 분위기 가스는, No.1 내지 4에서는 순질소 가스로 하고, No.5 내지 9, 11 내지 13 및 15 내지 19에서는, 산소+(질소와 메탄 중 어느 1종 이상)의 혼합 가스로 하고, No.10 및 14에서는 순산소 가스로 했다. 그 밖의 성막 조건을 포함하는 샘플 제작 조건은 실시예 1과 동일하게 했다.

얻어진 샘플을 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 내응착성의 평가를 행했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3으로부터 다음의 것을 알 수 있다. No.1 내지 5는 규정의 표면 거칠기를 만족하는 예이다. 또한, 이들은 코팅이 산소(O)를 포함하고 있지 않거나 부족하기 때문에, 연질 금속의 응착량이 약간 많아졌다.

No.6 내지 19는, 코팅으로서, 규정의 표면 거칠기를 만족하면서 또한 규정의 성분 조성을 만족하는 본 발명의 경질 피막이 형성되어 있고, 해당 경질 피막이 표면에 형성된 금형을 사용하면 연질 금속의 응착량이 충분히 억제되어 있는 것을 알 수 있다. No.5 내지 9는, 경질 피막을 구성하는 금속 원소의 조성이 동일하며, 비금속 원소의 O와 N의 비율을 변화시킨 예이지만, 경질 피막의 비금속 원소에서 차지하는 산소량이 많아질수록, 연질 금속의 응착량은 감소하는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

Claims

Ti, Al 및 Cr로 이루어지는 금속 원소와, O(산소)만 또는 O와, C와 N의 1종 이상을 포함하는 비금속 원소로 구성되고, 전체 비금속 원소에서 차지하는 상기 O의 비율이 원자비로 0.2 이상이고,
전체 금속 원소에서 차지하는 비율(원자비)이, Ti: 0.10 이상 0.40 이하, Cr: 0.10 이상 0.40 이하 및 Al: 0.40 이상 0.70 이하이고,
표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막.
Ti, Al, Cr 및 Si로 이루어지는 금속 원소와, O(산소)만 또는 O와, C와 N의 1종 이상을 포함하는 비금속 원소로 구성되고,
전체 비금속 원소에서 차지하는 상기 O의 비율이 원자비로 0.2 이상이고,
전체 금속 원소에서 차지하는 비율(원자비)이, Ti: 0.10 이상 0.40 이하, Cr: 0.10 이상 0.40 이하, Al: 0.40 이상 0.70 이하 및 Si: 0.010 이상 0.10 이하이고,
표면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 원소의 일부가, 전체 금속 원소에서 차지하는 비율(원자비)로 0.2를 상한으로 하여, 주기율표의 제4족 원소, 제5족 원소, 제6족 원소, Si, Y 및 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소로 치환되어 있는, 연질 금속에 대한 내응착성을 갖는 경질 피막.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 기재된 경질 피막이 표면에 피복되어 있는 것을 특징으로 하는, 금형.
제4항에 있어서, 적어도 표면이 Zn, Sn, Al 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 연질 금속으로 구성된 피성형재의, 열간 성형에 사용되는, 금형.
제4항에 있어서, 아연 도금 강판의 열간 성형에 사용되는, 금형.
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