WO2019039225A1 - アルミダイカスト金型用部品 - Google Patents

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die
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aluminum die
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成姫 金
秀男 太刀川
萩野　達也
奉努 鈴木
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アイシン精機株式会社
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings

Definitions

  • the present invention relates to parts for aluminum die casting molds. More specifically, the present invention relates to an aluminum die casting mold component having excellent seizure resistance to a molten metal containing aluminum.
  • the seizing in the die casting method is, for example, a phenomenon in which an injected aluminum alloy reacts and fuses on the surface of a mold or a die-cutting pin, and for example, the dimensional accuracy, productivity and appearance quality of the die casting are deteriorated. May lead to problems of Therefore, in the technical field, for the purpose of reducing the reaction and fusion of the aluminum alloy, for example, hardening of the cooling of the inside and / or the surface of the mold, the application of the mold release agent and the surface treatment etc. Is widely practiced.
  • the surface treatment as described above include, for example, physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (PVD), including a surface treatment layer containing at least one compound selected from oxides, carbides, nitrides and carbonitrides. It can be mentioned to form on the surface of the mold by a method such as phase growth (CVD). Further, by forming fine irregularities on the surface of such a surface treated layer by, for example, a method such as shot peening, contact with the molten metal can be reduced and seizure can be suppressed. Alternatively, the durability of the mold can be improved by nitriding the surface of the substrate (see, for example, Patent Document 1).
  • the surface treatment layer formed by the methods such as PVD and CVD can not sufficiently prevent the reaction between aluminum and the mold, and the suppression effect on the seizure is small.
  • the cost increases due to the increase in the number of processing steps.
  • damage such as galling may occur on the surface of the cast product during mold release, which may cause seizing.
  • a sliding layer containing amorphous carbon having a sp 2 hybrid track, hydrogen and silicon at a specific composition ratio is formed on the sliding surface of the base material, and the sliding surface is made sliding by sliding contact with the object.
  • a technology that reduces friction on the sliding surface even when the surface roughness of the sliding surface is large, by absorbing moisture in the atmosphere with Si-OH generated on the surface by abrasion and smoothing. Have been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • the above-described technology reduces the friction on the sliding surface of the sliding component, and does not reduce the seizure in the die casting mold as described above.
  • the amorphous carbon film constituting the sliding layer contains 30 at% or more of hydrogen, thereby reducing the wear resistance and achieving the smoothing of the sliding surface.
  • the wear resistance is lowered in this way, for example, when releasing the product from the mold in the die casting process, it is scraped by eutectic Si contained in the aluminum alloy and the sliding layer disappears. The effect of suppressing the reaction between the aluminum alloy and the substrate can not be maintained for a long time.
  • the present inventors have obtained excellent seizure resistance to a molten metal containing aluminum by forming diamondlike carbon (DLC) containing silicon and hydrogen at a specific content on the surface of a substrate. It has been found that it is possible to provide parts for aluminum die casting molds having.
  • DLC diamondlike carbon
  • the part for aluminum die-casting molds according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “parts according to the invention") has an exposed surface which is a surface exposed to a hollow portion of the aluminum die-casting mold. . And, a diamond-like carbon film is formed on at least a part of the exposed surface. Furthermore, in the part of the present invention, the diamond-like carbon coating contains hydrogen at a content of 10 at% or more and 30 at% or less.
  • the diamond-like carbon coating may further contain silicon at a content of less than 10 at%.
  • the content of silicon in the diamond-like carbon coating is 0.5 at% or more and 7 at% or less.
  • an aluminum die-casting mold component having excellent seizure resistance to a molten metal containing aluminum.
  • first components components for an aluminum die-casting mold (hereinafter, may be referred to as “first components”) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the first part has an exposed surface that is a surface exposed to the cavity of the aluminum die casting mold.
  • "aluminum die casting” in this specification includes not only a die casting method of aluminum but also a die casting method of aluminum alloy.
  • the first part is not particularly limited as long as it is a part having an exposed surface which is a surface exposed to the cavity of the aluminum die casting mold.
  • die, and parts, such as a pouring pin, can be mentioned, for example.
  • the material which constitutes the base material of the first part is a condition of the die casting process (for example, temperature and pressure of molten metal, etc.) from various materials generally used as materials of parts for aluminum die casting molds It can be selected as appropriate. Specific examples of such materials include, for example, various alloy tool steels for dies including various SKD steels (for example, SKD 61 etc.) defined by JIS (Japanese Industrial Standards).
  • a diamond-like carbon film is formed on at least a part of the exposed surface.
  • the diamond-like carbon film is an amorphous (amorphous) hard film mainly composed of an allotrope of carbon, as is well known to those skilled in the art, and is also called a DLC (Diamond-Like Carbon) film.
  • the DLC film does not have to cover all of the exposed surface of the first part, and may be formed on at least a part of the exposed surface.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • Specific examples of CVD include, for example, methods such as plasma CVD (using high frequency, microwave or direct current, etc.) and thermal CVD.
  • Specific examples of PVD include, for example, techniques such as ion plating (by direct current excitation or high frequency excitation), sputtering, and laser ablation.
  • the method to be specifically adopted is appropriately selected according to, for example, the material of the base material to be the base and the properties required for the DLC film.
  • the diamond like carbon (DLC) film contains hydrogen at a content of 10 at% or more and 30 at% or less.
  • the content of hydrogen contained in the DLC film varies depending on, for example, the raw material and the manufacturing method.
  • the DLC film included in the first part is prepared so that the hydrogen content is 10 at% or more and 30 at% or less.
  • the hydrogen content in the DLC film provided to the first part is less than 10 at%, the DLC film becomes excessively hard and the toughness becomes insufficient. As a result, for example, it becomes difficult for the DLC film to withstand the stress (cold thermal stress) generated due to the temperature difference between the time of contact with the molten metal and the time of application of the release agent in the die casting process. Peeling from the exposed surface makes it difficult to maintain seizure resistance to a molten metal containing aluminum.
  • the wear resistance of the DLC film becomes insufficient.
  • the DLC film is abraded, making it difficult to maintain the seizure resistance to the aluminum containing molten metal.
  • a mold casting method of an aluminum alloy containing silicon such as ADC12 for example, there is a high possibility that the DLC film may be lost by being etched by eutectic Si contained in the aluminum alloy.
  • the content of the DLC coating formed on at least a part of the exposed surface which is the surface exposed to the cavity of the aluminum die casting mold is 10 at% or more and 30 at% or less Containing hydrogen.
  • the first part it is possible to provide a part for aluminum die-casting mold having excellent seizure resistance to a molten metal containing aluminum.
  • seizure in the die casting process can be reduced as compared with the mold part according to the prior art. Therefore, the number of steps for maintenance of the mold is reduced, and it is possible to manufacture an aluminum casting and / or an aluminum alloy casting having a good casting surface with high productivity.
  • the diamond like carbon (DLC) film formed on at least a part of the exposed surface contains hydrogen at a predetermined content
  • good toughness and resistance to the film can be obtained.
  • Abrasion can be compatible, and seizure resistance to a molten metal containing aluminum can be maintained.
  • oxidation (combustion) of carbon and hydrogen constituting the DLC film may occur.
  • the heat resistance (oxidation resistance) of the film becomes insufficient, and it may be difficult to maintain the seizure resistance to the aluminum containing molten metal over a long period of time.
  • the second part is the above-described first part, wherein the diamond-like carbon (DLC) film further includes silicon at a content of less than 10 at%, for an aluminum die-casting mold.
  • DLC diamond-like carbon
  • the heat resistance (oxidation resistance) of the film becomes insufficient as described above. It may be difficult to maintain the seizure resistance to a molten metal containing aluminum over a long period of time.
  • the content of silicon in the DLC film included in the second part is 10 at% or more, seizure occurs due to the reaction derived from aluminum and silicon in the die casting process and oxygen in the air, as described above This may lead to problems such as the deterioration of the dimensional accuracy of die cast products as described above.
  • the content of silicon in the diamond like carbon (DLC) film is 0.5 at% or more and 7 at% or less. More preferably, the content of silicon in the DLC film is 4 at% or less.
  • the DLC film formed on at least a part of the exposed surface further includes silicon at a content of less than 10 at%.
  • the heat resistance (oxidation resistance) of the film is lowered due to the oxidation (combustion) of carbon and hydrogen constituting the DLC film, and it is derived from aluminum and silicon contained in the molten metal and oxygen in the atmosphere. It is possible to reduce the seizure caused by the reaction. That is, according to the second part, it is possible to provide an aluminum die-casting mold part having further excellent seizure resistance to a molten metal containing aluminum.
  • the diamond like carbon (DLC) film formed on at least a part of the exposed surface of the component of the present invention may further contain nitrogen, in addition to the hydrogen described above, for the purpose of improving wear resistance, for example.
  • the nitrogen content in the DLC film is preferably 5 at% or less.
  • the thickness of the DLC film is preferably 0.2 ⁇ m or more and less than 20 ⁇ m. If the thickness of the DLC film is less than 0.2 ⁇ m, the continuity of the DLC film may be insufficient, and it may be difficult to secure the long-term durability of the film. On the other hand, when the thickness of the DLC film is 20 ⁇ m or more, the adhesion of the film to the base material of the component of the present invention is insufficient, which may also make it difficult to secure the long-term durability of the film. More preferably, the thickness of the DLC film is 0.5 ⁇ m or more and less than 15 ⁇ m.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the film on the surface (exposed surface) on which the film is formed in each sample (1), and it is a substrate (3) of the film (2) and the sample (1) Some are drawn.
  • sample CE1 As shown in Table 1, for the sample CE1 according to the comparative example, a nitride film was formed on the surface of the test piece and the core pin by the salt bath nitriding method (the surface was hardened by the salt bath nitriding method ).
  • sample CE2 which concerns on another comparative example, the film of the TiAlN type
  • These samples CE1 and CE2 are comparative examples with surface treatments and coatings conventionally used in die casting molds of aluminum and / or aluminum alloys.
  • the diamond like carbon (DLC) film is respectively coated on the surface of the test piece and the punch pin by plasma CVD. It formed.
  • Table 1 the compositions of the DLC films formed on these samples are different.
  • the contents of silicon (Si) and hydrogen (H) are in excess of the preferable range.
  • the contents of both silicon and hydrogen are respectively in the preferable ranges.
  • variety) of the mass of the casting pin before and behind the 90-cast die-casting process was calculated
  • a measuring jig was attached to the area to which aluminum was attached with an adhesive, and the jig and the casting pin were subjected to a tensile test using a tensile tester, and the respective breaking loads were determined as the peeling force.
  • the Al adhesion and the peel strength measured in this way are also listed in Table 1.
  • the adhesion amount of Al was evaluated as “excellent” when it was 7 mg or less, “good” when it was 10 mg or less, “OK” when it was 13 mg or less, and “impossible” when it was larger than 13 mg. .
  • the peel strength was evaluated as "excellent” when it was 3 kgf or less, “good” when it was 5 kgf or less, “OK” when it was 7 kgf or less, and “impossible” when it was more than 7 kgf. .
  • seizure resistance the evaluation of the lower one among evaluation of Al adhesion amount and tearing-off force was employ
  • the evaluation results of the seizure resistance show that all of the samples WE1 to WE4 according to the example of the present invention are “excellent”, while the samples CE1, CE2 and CE4 according to the comparative example are “not good”. And the sample C3 according to the comparative example was barely “OK”. Thus, it is confirmed that the parts of the present invention exhibit better seizure resistance as compared with parts for aluminum die-casting molds according to the prior art (hereinafter sometimes referred to as "conventional parts"). It was done.
  • the photograph showing the adhesion situation of the aluminum alloy on the surface of various casting pins of the samples CE1 and CE2 according to the comparative example after the 90 shot die-casting process and the samples WE1 and WE2 according to the example of the present invention Shown in 2.
  • adhesion (baking) of a large amount of aluminum alloy was observed in the region surrounded by the broken lines shown in (a) and (b).
  • peeling (dropping off) of the aluminum alloy once attached was recognized.
  • the peeling force is small (that is, the adhesion of the aluminum alloy adhered to the surface of the casting pin is small). While repeating the die casting process, for example, it is determined that the aluminum alloy that has been temporarily attached (sealed) on the surface is likely to be detached (dropped off) when the casted product is released.
  • FIG. 3 shows a schematic graph showing the relationship between the number of shots and the amount of attached Al in the above-described evaluation of the seizure resistance.
  • the Al adhesion amount monotonously increases as the number of shots increases.
  • the rate of increase in the amount of attached Al with the increase in the number of shots is small (the slope of the graph is gentle).
  • the amount of Al deposition decreased as the number of shots increased.
  • the Al adhesion amount tends to increase as the silicon content in the DLC film increases. This is considered to be due to an increase in seizure caused by a reaction derived from aluminum, silicon and atmospheric oxygen in the die casting process as the silicon content in the DLC film increases. Therefore, it is desirable that the silicon content in the DLC film be as low as possible within the range in which the heat resistance (oxidation resistance) of the DLC film can be sufficiently secured.
  • samples CE1 and CE2 according to the comparative example provided with the surface treatment and film conventionally used are significantly inferior in seizure resistance as compared with the other samples. Therefore, the heat resistance was evaluated only for the samples CE3 and CE4 according to the comparative example and the samples WE1 to WE4 according to the examples of the present invention.
  • the various test pieces of Samples CE3 and CE4 and Samples WE1 to WE4 are subjected to heat treatment in the air at a temperature of 400 ° C. for one hour, and the mass of the test pieces before and after the heat treatment The amount of change (reduction) was determined as the mass reduction.
  • the mass losses thus measured are also listed in Table 1.
  • mass reduction is “good” when it is 0 (zero) mg, “good” when it is 0.05 mg or less larger than 0 (zero) mg, “good” when it is 0.1 mg or less , And cases larger than 0.1 mg were evaluated as “impossible”.

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Abstract

アルミダイカスト金型の空洞部に露出する表面である露出面を有し且つダイヤモンドライクカーボン被膜が露出面の少なくとも一部に形成されたアルミダイカスト金型用部品であって、ダイヤモンドライクカーボン被膜は１０ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下である含有率にて水素を含む。ダイヤモンドライクカーボン被膜は１０ａｔ％未満である含有率にて珪素を更に含んでもよい。好ましくは、ダイヤモンドライクカーボン被膜における珪素の含有率は０．５ａｔ％以上であり且つ７ａｔ％以下である。これにより、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供する。

Description

アルミダイカスト金型用部品
　本発明は、アルミダイカスト金型用部品に関する。より具体的には、本発明は、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品に関する。
　ダイカスト法における焼付きとは、例えば、射出されたアルミニウム合金が金型又は鋳抜きピン等の表面に反応・融着する現象であり、例えばダイカスト鋳造品の寸法精度、生産性及び外観品質の悪化等の問題に繋がる虞がある。そこで、当該技術分野においては、アルミニウム合金の反応・融着を低減することを目的として、例えば金型の内部及び／又は表面の冷却の強化、離型剤の塗布並びに表面処理等の焼付き対策が広く行われている。
　上記のような表面処理の具体例としては、例えば酸化物、炭化物、窒化物及び炭窒化物のうち少なくとも１つ以上の化合物を含む表面処理層を例えば物理気相成長法（ＰＶＤ）及び化学気相成長法（ＣＶＤ）等の手法により金型の表面に形成することを挙げることができる。また、このような表面処理層の表面に例えばショットピーニング等の手法により微細な凹凸を形成することにより、溶湯との接触を低減し、焼付きを抑制することができる。或いは、基材の表面を窒化することにより、金型の耐久性を向上させることもできる（例えば、特許文献１を参照。）。
　しかしながら、上記のようにＰＶＤ及びＣＶＤ等の手法によって形成される表面処理層は、アルミニウムと金型との反応を十分に防ぐことができず、焼付きに対する抑制効果が小さかった。また、ショットピーニング等の手法により表面処理層の表面に微細な凹凸を形成する場合、加工工程の増大に伴うコストの増大を招く。更に、鋳造品の離型時にかじり等の損傷が鋳造品の表面に生じ、これにより焼付きが発生する虞もある。
　一方、ｓｐ２混成軌道を有する非晶質炭素、水素及び珪素を特定の組成比にて含む摺動層を基材の摺動面に形成し、対象物との摺接により当該摺動面を摩耗させて平滑化すると共に表面に生成されるＳｉ－ＯＨにより雰囲気中の水分を吸着させることにより、摺動面の表面粗さが大きい場合であっても、摺動面を低摩擦化する技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
　しかしながら、上記技術は摺動部品の摺動面を低摩擦化するものであって、上述したようなダイカスト金型における焼付きを低減するものではない。具体的には、上記摺動層を構成する非晶質炭素膜には３０ａｔ％以上の水素が含まれており、これにより耐摩耗性を下げて摺動面の平滑化を達成している。しかしながら、このように耐摩耗性を低下させると、例えば、ダイカスト鋳造工程において金型から製品を離型する際にアルミニウム合金中に含まれる共晶Ｓｉに削られて摺動層が消失するため、アルミニウム合金と基材との反応を抑制する効果を長期間に亘って維持することができない。また、非晶質炭素膜中の珪素の含有率が１０ａｔ％以上である場合、ダイカスト鋳造工程におけるアルミニウムと珪素との反応に起因して焼付きが発生し、上述したようなダイカスト鋳造品の寸法精度の悪化等の問題に繋がる虞がある。
特開２０１２－１８３５４８号公報 特開２００７－０２３３５６号公報
　上述したように、当該技術分野においては、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供することができる技術が求められている。即ち、本発明は、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供することを１つの目的とする。
　そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、特定の含有率にて珪素及び水素を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を基材の表面に形成することにより、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供することができることを見出した。
　上記に鑑み、本発明に係るアルミダイカスト金型用部品（以下、「本発明部品」と称される場合がある。）は、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する表面である露出面を有する。そして、ダイヤモンドライクカーボン被膜が前記露出面の少なくとも一部に形成されている。更に、本発明部品においては、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜は１０ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下である含有率にて水素を含む。
　本発明部品において、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜は１０ａｔ％未満である含有率にて珪素を更に含んでもよい。好ましくは、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜における珪素の含有率は０．５ａｔ％以上であり且つ７ａｔ％以下である。
　本発明によれば、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供することができる。
　本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
実施例における各種試験片及び鋳抜きピンの表面に形成された被膜の様子を示す模式的な断面図である。 実施例における耐焼付き性の評価に付された各種鋳抜きピンの表面へのアルミニウム合金の付着状況を示す写真である。 実施例における耐焼付き性の評価としてのショット数とＡｌ付着量との関係を示す模式的なグラフである。
《第１実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係るアルミダイカスト金型用部品（以降、「第１部品」と称される場合がある。）について説明する。
〈構成〉
　第１部品は、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する表面である露出面を有する。尚、本明細書における「アルミダイカスト」は、アルミニウムの金型鋳造法のみならず、アルミニウム合金の金型鋳造法をも含むものとする。また、第１部品は、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する表面である露出面を有する部品である限り、特に限定されない。このような部品の具体例としては、例えば、アルミダイカスト金型のキャビティ又はコアを構成する部品及び鋳抜きピン等の部品を挙げることができる。
　第１部品の基材を構成する材料は、アルミダイカスト金型用の部品の材料として一般的に使用される様々な材料の中から、ダイカスト鋳造工程の条件（例えば、溶湯の温度及び圧力等）に応じて適宜選択することができる。このような材料の具体例としては、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）によって規定される各種ＳＫＤ鋼（例えば、ＳＫＤ６１等）を始めとする種々の金型用合金工具鋼を挙げることができる。
　そして、ダイヤモンドライクカーボン被膜が前記露出面の少なくとも一部に形成されている。ダイヤモンドライクカーボン被膜とは、当業者に周知であるように、主として炭素の同素体から成る非晶質（アモルファス）の硬質膜であり、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）被膜とも称される。ＤＬＣ被膜は、必ずしも第１部品の露出面の全てを覆う必要は無く、露出面の少なくとも一部に形成されていればよい。
　尚、ＤＬＣ被膜の製法としては、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び物理気相成長（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を挙げることができる。ＣＶＤの具体例としては、例えば、（例えば、高周波、マイクロ波又は直流等を用いる）プラズマＣＶＤ及び熱ＣＶＤ等の手法を挙げることができる。ＰＶＤの具体例としては、例えば、（直流励起又は高周波励起による）イオンプレーティング、スパッタリング及びレーザーアブレーション等の手法を挙げることができる。具体的に採用される手法は、例えば下地となる基材の材料及びＤＬＣ膜に要求される性質等に応じて適宜選択される。
　更に、第１部品においては、前記ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜は１０ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下である含有率にて水素を含む。当業者に周知であるように、ＤＬＣ被膜に含まれる水素の含有率は、例えば原料及び製法等によって様々である。しかしながら、第１部品が備えるＤＬＣ被膜は、水素の含有率が１０ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下であるように調製される。
　第１部品が備えるＤＬＣ被膜における水素の含有率が１０ａｔ％未満であると、ＤＬＣ被膜が過剰に硬くなり、靭性が不十分となる。その結果、例えば、ダイカスト鋳造工程における溶湯への接触時と離型剤の塗布時との間の温度差に起因して生ずる応力（冷熱応力）にＤＬＣ被膜が耐えることが困難となり、ＤＬＣ被膜が露出面から剥離して、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼付き性を維持することが困難となる。
　一方、第１部品が備えるＤＬＣ被膜における水素の含有率が３０ａｔ％を超えると、ＤＬＣ被膜の耐摩耗性が不十分となる。その結果、例えば、ダイカスト鋳造工程において金型から製品を離型する際にＤＬＣ被膜が摩耗して、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼付き性を維持することが困難となる。特に、例えばＡＤＣ１２等のように珪素を含むアルミニウム合金の金型鋳造法においては、アルミニウム合金中に含まれる共晶Ｓｉに削られてＤＬＣ被膜が消失する虞が高い。
〈効果〉
　上記のように、第１部品においては、アルミダイカスト金型の空洞部に露出する表面である露出面の少なくとも一部に形成されたＤＬＣ被膜が１０ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下である含有率にて水素を含む。これにより、ダイカスト鋳造工程における冷熱応力及び摩耗に耐え得る靭性及び耐摩耗性を両立して、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼付き性を維持することができる。即ち、第１部品によれば、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供することができる。
　尚、上記のような効果は、以下のようなメカニズムによって達成されるものと推定される。先ず、アルミニウムとの反応性に乏しい組成を有するＤＬＣ被膜を第１部品の露出面に形成することにより、アルミニウムが当該露出面に付着し難くなる。更に、例えば金型からの製品の離型時においてアルミニウムの強度よりも離型抵抗の方が高い等の理由によりアルミニウムが当該露出面に付着した場合においても、第１部品の露出面はＤＬＣ被膜によって覆われておりアルミニウムと基材とが反応しないので、アルミニウムと基材との密着力が弱い。このため、当該露出面に付着したアルミニウムがダイカスト鋳造工程中に剥がれ易く、当該露出面におけるアルミニウムの焼付きが累積（発展・成長）しない。
　上記の結果、第１部品によれば、従来技術に係る金型部品に比べて、ダイカスト鋳造工程における焼付きを低減することができる。従って、金型の保全のための工数が低減されると共に、良好な鋳肌を有するアルミニウム鋳物及び／又はアルミニウム合金鋳物を高い生産性にて製造することが可能となる。
《第２実施形態》
　以下、本発明の第２実施形態に係るアルミダイカスト金型用部品（以降、「第２部品」と称される場合がある。）について説明する。
〈構成〉
　上述したように、第１部品によれば、露出面の少なくとも一部に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜が所定の含有率にて水素を含むことにより、当該被膜において良好な靭性及び耐摩耗性を両立し、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼付き性を維持することができる。しかしながら、ダイカスト鋳造工程の条件（例えば、溶湯の温度等）によっては、ＤＬＣ被膜を構成する炭素及び水素の酸化（燃焼）が生ずる場合がある。その結果、当該被膜の耐熱性（耐酸化性）が不十分となり、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼付き性を長期間に亘って維持することが困難となる場合がある。
　そこで、第２部品は、上述した第１部品であって、前記ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜は１０ａｔ％未満である含有率にて珪素を更に含む、アルミダイカスト金型用部品である。
　第２部品が備えるＤＬＣ被膜における珪素の含有率が０ａｔ％である（即ち、ＤＬＣ被膜が珪素を含まない）場合、上述したように、当該被膜の耐熱性（耐酸化性）が不十分となり、アルミニウムを含む溶湯に対する耐焼付き性を長期間に亘って維持することが困難となる場合がある。一方、第２部品が備えるＤＬＣ被膜における珪素の含有率が１０ａｔ％以上である場合、ダイカスト鋳造工程におけるアルミニウムと珪素と大気中の酸素とに由来する反応に起因して焼付きが発生し、上述したようなダイカスト鋳造品の寸法精度の悪化等の問題に繋がる虞がある。
　上記のようにＤＬＣ被膜における珪素の含有率が高いほど、溶湯に含まれるアルミニウムと珪素と大気中の酸素とに由来する反応に起因する焼付きの懸念が高まる。従って、好ましくは、前記ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜における珪素の含有率は０．５ａｔ％以上であり且つ７ａｔ％以下である。より好ましくは、前記ＤＬＣ被膜における珪素の含有率は４ａｔ％以下である。
〈効果〉
　上記のように、第２部品においては、露出面の少なくとも一部に形成されたＤＬＣ被膜が１０ａｔ％未満である含有率にて珪素を更に含む。これにより、ＤＬＣ被膜を構成する炭素及び水素の酸化（燃焼）に起因する当該被膜の耐熱性（耐酸化性）の低下、並びに、溶湯に含まれるアルミニウムと珪素と大気中の酸素とに由来する反応に起因する焼付きを低減することができる。即ち、第２部品によれば、アルミニウムを含む溶湯に対する更に優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供することができる。
　尚、例えば耐摩耗性の向上を目的として、本発明部品の露出面の少なくとも一部に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜は、上述した水素に加えて、窒素を更に含んでいてもよい。この場合、ＤＬＣ被膜における窒素の含有率は５ａｔ％以下であることが好ましい。
　また、ＤＬＣ被膜の厚みは、０．２μｍ以上であり且つ２０μｍ未満であることが好ましい。ＤＬＣ被膜の厚みが０．２μｍ未満である場合、ＤＬＣ被膜の連続性が不十分となり、当該被膜の長期耐久性を確保することが困難となる虞がある。一方、ＤＬＣ被膜の厚みが２０μｍ以上である場合、本発明部品の基材に対する当該被膜の密着性が不十分となり、やはり当該被膜の長期耐久性を確保することが困難となる虞がある。より好ましくは、ＤＬＣ被膜の厚みは０．５μｍ以上であり且つ１５μｍ未満である。
《各種試料の調製》
　本発明の実施例に係るアルミダイカスト金型用部品につき、図面を参照しながら、以下に詳しく説明する。金型用合金工具鋼ＳＫＤ６１によって形成された試験片及び鋳抜きピンを準備し、それぞれの表面に、以下の表１に列挙する被膜を形成した。何れの試料についても、図１に示すように、被膜の厚み（ｄ）が約３μｍとなるように各被膜を形成した。尚、図１は、各試料（１）において被膜が形成された表面（露出面）の被膜近傍の模式的な断面図であり、被膜（２）及び試料（１）の基材（３）の一部が描かれている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示したように、比較例に係る試料ＣＥ１については、塩浴窒化法により、試験片及び鋳抜きピンの表面に窒化物の被膜を形成した（塩浴窒化法により表面を硬化させた）。もう１つの比較例に係る試料ＣＥ２については、低温ＰＶＤにより、試験片及び鋳抜きピンの表面にＴｉＡｌＮ系の被膜を形成した。これらの試料ＣＥ１及びＣＥ２は、アルミニウム及び／アルミニウム合金のダイカスト金型において従来使用される表面処理及び被膜を備える比較例である。
　一方、更なる比較例に係る試料ＣＥ３及びＣＥ４、並びに本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４については、プラズマＣＶＤにより、試験片及び鋳抜きピンの表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜をそれぞれ形成した。但し、これらの試料に形成されたＤＬＣ被膜の組成は、表１に示すように、それぞれ異なっている。具体的には、比較例に係る試料ＣＥ３及びＣＥ４については、それぞれ珪素（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）の含有率が好適な範囲から逸脱して過剰である。一方、実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４については、珪素及び水素の両方の含有率がそれぞれ好適な範囲にある。
《各種試料の評価》
〈耐焼付き性〉
　上述した比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ４及び本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４の各種鋳抜きピンを、アルミダイカストマシンにセットし、６５０℃の温度及び５００ｔ／ｃｍ２の圧力にて、アルミニウム合金ＡＤＣ１２のダイカストを、それぞれ９０ショットずつ鋳造した。
　そして、各種鋳抜きピンの各々について、上記９０ショットのダイカスト鋳造工程の前後における鋳抜きピンの質量の変化量（増加幅）を、アルミニウム（Ａｌ）付着量として求めた。また、アルミニウムが付着した領域に測定用治具を接着剤によって貼付し、当該治具及び鋳抜きピンを引っ張り試験機による引っ張り試験に付し、それぞれの破断荷重を引剥力として求めた。このようにして測定されたＡｌ付着量及び引剥力もまた表１に列挙されている。
　尚、Ａｌ付着量は、７ｍｇ以下である場合を「優」、１０ｍｇ以下である場合を「良」、１３ｍｇ以下である場合を「可」、及び１３ｍｇよりも大きい場合を「不可」として評価した。また、引剥力は、３ｋｇｆ以下である場合を「優」、５ｋｇｆ以下である場合を「良」、７ｋｇｆ以下である場合を「可」、及び７ｋｇｆよりも大きい場合を「不可」として評価した。そして、耐焼付き性の評価としては、Ａｌ付着量及び引剥力の評価のうち低い方の評価を採用した。
　表１に示すように、Ａｌ付着量については、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４の方が、比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ４に比べて、顕著に低減されることが確認された。引剥力についても、全体的な傾向としては、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４の方が、比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ４に比べて、顕著に低減されることが確認された。より詳しくは、ＤＬＣ被膜を備える試料においては、従来使用される被膜を備える試料に比べて、より小さい引剥力を呈した。但し、比較例に係る試料ＣＥ３は、ＤＬＣ被膜を備えるものの、その組成において水素（Ｈ）の含有率が好適な範囲よりも高いために、ＤＬＣ被膜の耐摩耗性が不十分となり、ＤＬＣ被膜が摩耗し、耐焼付き性を維持することができなかったものと判断される。
　以上より、耐焼付き性の評価結果は、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４は何れも「優」であったのに対し、比較例に係る試料ＣＥ１、ＣＥ２及びＣＥ４は何れも「不可」であり、比較例に係る試料Ｃ３のみが辛うじて「可」であった。このように、本発明部品は、従来技術に係るアルミダイカスト金型用部品（以降、「従来部品」と称される場合がある。）に比べて、より良好な耐焼付き性を呈することが確認された。
　また、上記９０ショットのダイカスト鋳造工程の後の比較例に係る試料ＣＥ１及びＣＥ２並びに本発明の実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ２の各種鋳抜きピンの表面におけるアルミニウム合金の付着状況を示す写真を図２に示す。比較例に係る試料ＣＥ１及びＣＥ２においては、（ａ）及び（ｂ）に示す破線によって囲まれた領域において、多量のアルミニウム合金の付着（焼付き）が認められた。一方、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ２においては、（ｃ）及び（ｄ）に示す破線によって囲まれた領域において、一旦は表面に付着（焼付き）したアルミニウム合金の剥離（脱落）が認められた。これは、上述したように本発明の実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ２については引剥力が小さい（即ち、鋳抜きピンの表面に付着（焼付き）したアルミニウム合金の付着力が小さい）ために、ダイカスト鋳造工程を繰り返すうちに、例えば、鋳造された製品の離型時に、一旦は表面に付着（焼付き）したアルミニウム合金が剥離（脱落）し易いものと判断される。
　更に、上述した耐焼付き性の評価におけるショット数とＡｌ付着量との関係を示す模式的なグラフを図３に示す。比較例に係る試料ＣＥ１及びＣＥ３においては、ショット数の増大に伴ってＡｌ付着量が単調増加している。これに対し、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ３においては、ショット数の増大に伴うＡｌ付着量の増加率が小さい（グラフの傾斜が緩やかである）。更に、ショット数を９０以上に増やしてみたところ、破線によって囲まれた部分においては、ショット数の増大に伴ってＡｌ付着量が減少している。これは、上述したように、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１及びＷＥ３については鋳抜きピンの表面に付着（焼付き）したアルミニウム合金の付着力が小さいために、ダイカスト鋳造工程を繰り返すうちに、一旦は表面に付着（焼付き）したアルミニウム合金が剥離（脱落）し易いものと判断される。
　尚、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４について、ＤＬＣ被膜における珪素の含有率が増大するに従って、Ａｌ付着量が増大している傾向が認められる。これは、ＤＬＣ被膜における珪素の含有率が増大するにつれてダイカスト鋳造工程におけるアルミニウムと珪素と大気中の酸素とに由来する反応に起因する焼付きが増大することに起因するものと判断される。従って、ＤＬＣ被膜における珪素の含有率は、ＤＬＣ被膜の耐熱性（耐酸化性）を十分に確保することが可能な範囲において、できる限り低く抑えることが望ましい。
〈耐熱性〉
　上記評価結果から明らかであるように、従来使用される表面処理及び被膜を備える比較例に係る試料ＣＥ１及びＣＥ２は、それら以外の試料に比べて、耐焼付き性が著しく劣っている。そこで、耐熱性の評価は、比較例に係る試料ＣＥ３及びＣＥ４並びに本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４についてのみ行った。
　具体的には、試料ＣＥ３及びＣＥ４並びに試料ＷＥ１乃至ＷＥ４の各種試験片を、４００℃の温度にて１時間に亘る大気中における加熱処理に付し、当該加熱処理の前後における試験片の質量の変化量（減少幅）を、質量減として求めた。このようにして測定された質量減もまた表１に列挙されている。
　尚、質量減は、０（ゼロ）ｍｇである場合を「優」、０（ゼロ）ｍｇよりも大きく０．０５ｍｇ以下である場合を「良」、０．１ｍｇ以下である場合を「可」、及び０．１ｍｇよりも大きい場合を「不可」として評価した。
　表１に示すように、耐熱性の評価結果は、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１のみが「良」でり、それ以外の本発明の実施例に係る試料ＷＥ２乃至ＷＥ４並びに比較例に係る試料ＣＥ３及びＣＥ４は何れも「優」であった。このように、本発明部品は、従来部品と殆ど同等の耐熱性を呈することが確認された。
〈総合評価〉
　上述した耐焼付き性及び耐熱性の両方の評価結果に基づき、比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ４及び本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４の総合評価を行った。具体的には、耐焼付き性及び耐熱性の評価のうち低い方の評価を総合評価として採用した。その結果、表１に示すように、本発明の実施例に係る試料ＷＥ１乃至ＷＥ４についての総合評価は「優」乃至「良」であったのに対し、比較例に係る試料ＣＥ１乃至ＣＥ４についての総合評価は「不可」乃至「可」であった
　以上の結果から、本発明によれば、アルミニウムを含む溶湯に対する優れた耐焼付き性を有するアルミダイカスト金型用部品を提供することができることが確認された。
　以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
　１…アルミダイカスト金型用部品（試料の一部）、２…被膜、及び３…基材。

Claims (3)

  1. 　アルミダイカスト金型の空洞部に露出する表面である露出面を有し且つダイヤモンドライクカーボン被膜が前記露出面の少なくとも一部に形成されたアルミダイカスト金型用部品であって、
    　前記ダイヤモンドライクカーボン被膜は１０ａｔ％以上であり且つ３０ａｔ％以下である含有率にて水素を含む、
    アルミダイカスト金型用部品。
  2. 　請求項１に記載されたアルミダイカスト金型用部品であって、
    　前記ダイヤモンドライクカーボン被膜は１０ａｔ％未満である含有率にて珪素を更に含む、
    アルミダイカスト金型用部品。
  3. 　請求項２に記載されたアルミダイカスト金型用部品であって、
    　前記ダイヤモンドライクカーボン被膜における珪素の含有率は０．５ａｔ％以上であり且つ７ａｔ％以下である、
    アルミダイカスト金型用部品。
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