(57)【要約】【課題】耐溶損性に優れた中間層の表面に耐焼付き性に優れた機能性被膜を形成することで、耐焼付き性、及び、耐溶損性を向上させるダイカスト用金型等を提供すること。【解決手段】ダイカスト用金型１は、金型基材ＫＫと、金型基材ＫＫの表面に形成される中間層ＣＳであって、Ｃｒ，Ｔｉ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の金属、又は、Ｃｒ，Ｔｉ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物の単層又は複層からなる中間層ＣＳと、中間層ＣＳの上に形成される機能性被膜ＫＨであって、Ｆｅを２０質量％以上含有し、かつ、Ｆｅ酸化物が形成された機能性被膜ＫＨとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型基材と、
前記金型基材の表面に形成され、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種からなる金属若しくは合金、又は、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物の単層又は複層からなる中間層と、
前記中間層の表面に形成され、Ｆｅを２０質量％以上含有し、かつ、Ｆｅ酸化物が形成された機能性被膜と、
を備えたことを特徴とするダイカスト用金型。
【請求項２】
前記中間層は、厚みが１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト用金型。
【請求項３】
前記金型基材の表面は、窒化処理がされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイカスト用金型。
【請求項４】
前記機能性被膜は、その表面から０．５μｍまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の１０倍以上となる高酸素部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のダイカスト用金型。
【請求項５】
Ｆｅを２０質量％以上含有することを特徴とする被膜用ターゲット材。
【請求項６】
請求項５に記載のターゲット材を用いることを特徴とする被膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト用金型、被膜用ターゲット材、及び、被膜形成方法に関し、更に詳しくは、Ａｌ，Ｍｇ，Ｚｎ等のダイカスト用金型の耐溶損性、及び、耐焼付き性を改善する金型表面処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト用金型は、一般に、熱間工具鋼（例えば、ＳＫＤ６１）を材料として用いて製造されている。ダイカスト用金型は、主にヒートチェック、焼付き、及び、溶損の３つの形態で損傷を受ける。
ここで、「ヒートチェック」とは、金型が溶融金属に接したときの加熱と、離型剤噴霧時の冷却とを繰り返し受けることにより発生する熱応力により、表面に亀裂が発生することをいう。また、「焼付き」とは、溶湯が金型表面で凝固することをいう。そして、「溶損」とは、金型を構成する元素（主としてＦｅ）が溶湯と反応し、溶湯中に溶け出すことをいう。ヒートチェックが発生すると亀裂が製品に転写されて肌荒れを引き起こし、焼付きや溶損が発生すると凝固面が製品に転写されたり金型自体が変形し、問題となる。
【０００３】
金型使用初期に着目すると、これらの損傷のうち、特に、焼付きやそれに伴う溶損が発生し易い。金型使用初期においては、離型剤が金型に馴染まないためである。そのため、金型表面に鋳造品が凝着し、ダイカスト用金型表面の変形や損傷を引き起こす。また、金型表面に鋳造品が凝着したまま型抜きを行うと、ダイカスト製品の変形や損傷を引き起こす。かかる変形や損傷が起こると、ダイカスト用金型の寿命となり、金型交換を要する。従って、ダイカスト用金型の寿命を延命させるには、焼付き・溶損の抑制が重要である。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決すべく、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、ＳＫＤ６１材を窒化処理することによってＣｒＮを主体とする窒化層を形成し、更に水蒸気を含まない酸素ガス（ドライガス）を用いて酸化処理することによって窒化層上に酸化層を形成した耐アルミ浸食性材料が開示されている。同文献には、その一例として、窒化層形成済みの基材を入れて、４００〜５８０℃の加熱下で、酸素ガス（ドライガス）を導入して２〜１２時間暴露処理（酸素濃度が低めの第１段階と、酸素濃度が高めの第２段階からなる）することによって酸化層を形成させる点が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、所定の組成を備えた鋼の表面に１〜３０μｍの厚さの鉄−クロムの酸化物層を形成させる耐溶損性に優れた鋳造用金型が開示されている。同文献には、その一例として、５５０℃の水蒸気雰囲気中で１時間加熱し、酸化被膜を形成させる点が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、熱間工具鋼の溶損を受けるおそれのある部分を、厚さ５μｍ以上のＮｂ・ＮｂＣを含む保護層で被覆してなり、その保護層に酸化処理を行った金型が開示されている。同文献には、その一例として、ＳＫＤ６１鋼表面に、ステライト２１（Ｃｏ−２８Ｃｒ−５．５Ｍｏ−０．２５Ｃ−２．５Ｎｉ）、ＮｂＣ、Ｎｂ、ナイモニック８０Ａ（７３Ｎｉ−１９．５Ｃｒ−１Ｃｏ−２．３Ｔｉ−１．４Ａｌ−１．５Ｆｅ−０．０５Ｃ）をプラズマ溶射・放電肉盛・ＰＶＤにより施して、大気炉中で加熱して空冷することにより酸化処理を行って酸化膜を形成させる点が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、溶融金属を鋳造するダイカスト用金型のその溶融金属と折衝する面の一部又は全部にセラミック膜を成膜し、そのセラミック膜（ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮＯ、ＴｉＡｌＣＮ等）を酸化処理する技術が開示されている。
【０００８】
特許文献１〜４に開示された技術の他にも、Ａｌ，Ｚｎ，Ｍｇ等をダイカストする場合における焼付き・溶損を抑制する一般的な技術として、ダイカスト用金型表面に、これらの金属溶湯と反応性が低い被膜や濡れ性の低い被膜を形成することが知られている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−０２８３９８
【特許文献２】特開２０００−２３４１４９
【特許文献３】特開平１１−１５１５６３
【特許文献４】特開２００１−３００７１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１〜４に記載のように、ダイカスト用金型の損傷を抑制する技術として、種々のものが提案されているが、これらの従来技術は、いずれも耐焼付き性（特に、耐アルミ焼付き性）を確保するには、不十分であった。また、上記一般的な技術を用いて、濡れ性の低いコーティングを金型表面に形成させたとしても、焼付きやそれに伴う溶損が発生する場合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐溶損性に優れた中間層の表面に耐焼付き性に優れた機能性被膜を形成することで、耐焼付き性、及び、耐溶損性を向上させることができるダイカスト用金型、ターゲット材、及び、被膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明者等は、種々の表面処理技術について鋭意研究したところ、耐溶損性に優れた中間層の表面に耐焼付き性に優れた機能性被膜を形成することで、耐焼付き性、及び、耐溶損性に優れた金型表面・工具表面が得られるという知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係るダイカスト用金型は、
金型基材と、
前記金型基材の表面に形成され、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種からなる金属若しくは合金、又は、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物の単層又は複層からなる中間層と、
前記中間層の表面に形成され、Ｆｅを２０質量％以上含有し、かつ、Ｆｅ酸化物が形成された機能性被膜と、
を備えたことを要旨とするものである。
ここで、「ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種の元素」としては、Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌが好ましい。また、「合金」としては、ＣｒＡｌ、 ＴｉＡｌが好ましい。また、「化合物」としては、ＣｒＮ、 ＣｒＣ、 ＴｉＮ、 ＴｉＣ、 ＣｒＡｌＮ、 ＣｒＡｌＣ、 ＴｉＡｌＮ、 ＴｉＡｌＣが好ましい。
【００１３】
この場合に、前記中間層は、厚みが１〜３０μｍであることが望ましく、
前記金型基材の表面は、窒化処理がされていることが望ましく、
前記機能性被膜は、その表面から０．５μｍまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の１０倍以上となる高酸素部を備えることが望ましい。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係る被膜用ターゲット材は、Ｆｅを２０質量％以上含有することを要旨とするものである。更に、本発明に係る被膜形成方法は、本発明に係るターゲット材を用いることを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るダイカスト用金型は、Ｆｅを２０質量％以上含有し、かつ、Ｆｅ酸化物が形成された機能性被膜を備えるため、耐焼付き性を向上させることができるとともに、機能性被膜と金型表面との間に形成された中間層を備えるため、耐溶損性を向上させることができるという効果がある。更に、本発明に係るダイカスト用金型は、中間層の表面に形成された機能性被膜が耐溶損性に寄与しうるという効果がある。
前記中間層は、厚みが１〜３０μｍとすれば、更に、耐溶損性の向上に効果がある。
前記金型基材の表面は、窒化処理がされているものであるから、更に、耐溶損性の向上に効果がある。
前記機能性被膜は、その表面から０．５μｍまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の１０倍以上となる高酸素部を備えるものであるから、更に、耐焼付き性を向上させるという効果がある。
【００１６】
本発明に係る被膜用ターゲット材は、Ｆｅを２０質量％以上含有するものであるから、当該ターゲット材が施される金型・工具の耐焼付き性を向上させることができるという効果がある。また、本発明に係る被膜形成方法は、本発明に係る被膜用ターゲット材を用いるものであるから、これと同様の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（ダイカスト用金型）
以下に図面を参照して本発明の一実施形態に係るダイカスト用金型について説明する。尚、以下の説明においては、「％」は質量％を意味する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るダイカスト用金型の断面模式図を示す。
これらの図において、ダイカスト用金型１は、金型基材ＫＫと、中間層ＣＳと、機能性被膜ＫＨとを備える。中間層ＣＳは単層又は複層からなり、図１に示したように、１〜３層からなるものでも、図２に示したように、１〜ｍ層（ｍは２以上の自然数）からなるものでもよい。また、機能性被膜ＫＨは、図２に示したように、１〜ｎ層（ｎは２以上の自然数）からなるものでもよい。
ダイカスト用金型１は、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ等のダイカストに一般的に用いられている各種の材料をダイカストするものであればよい。
【００１８】
金型基材ＫＫの材料は、特に限定されないが、ＳＫＤ４、ＳＫＤ５、ＳＫＤ６、ＳＫＤ７、ＳＫＤ８、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ６２等の熱間工具鋼が好適である。なぜなら、熱間工具鋼は、使用温度領域が特に高いからである。
金型基材ＫＫは、焼入れ焼戻しを行い、硬さを調質した状態、又は、その後更に窒化処理を行った状態でもよい。窒化処理を行っておくと、表面の熱膨張係数が低下するので、中間層ＣＳ及び／又は機能性被膜ＫＨの剥離や亀裂の発生を抑制することができる。また、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ等をダイカストする場合において、これらの金属溶湯に溶けにくくなる。
【００１９】
中間層ＣＳは、金型基材ＫＫの表面に形成される。すなわち、機能性被膜ＫＨと金型基材ＫＫの表面との間に形成される。中間層ＣＳは、金型基材ＫＫの表面の全面にわたって形成したものでもよいし、金型基材ＫＫの表面の少なくとも一部分に形成したものでもよい。中間層ＣＳは、溶損や焼付きが懸念される部分、例えば、金型のキャビティの表面、キャビティに連通する湯道の表面、キャビティに隣接する表面等に形成したものでもよい。
【００２０】
中間層ＣＳは、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種からなる金属若しくは合金、又は、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物の単層又は複層からなるものであればよい。
ここで、「単層」とは、単一又は複数の元素からなる１種類の層をいい、「複層」とは、組成の異なる２種以上の層の積層体をいう。中間層ＣＳを複層とすると、金型側と表面側との位置に応じて硬さを調節できる。このように中間層ＣＳを形成したのは、最表面の耐焼付き性に優れた機能性被膜ＫＨが剥離してしまった場合に、金型基材ＫＫの表面に耐溶損性に優れた中間層ＣＳとして単層又は複層を備えていることで、それ以上の溶損を防ぐことができるからである。
「金属」としては、上記各々の金属を単層又は複層にして用いることができる。
また、「合金」としては、ＣｒＡｌ、 ＴｉＡｌを単層又は複層にして用いることができる。「化合物」としては、炭化物（例えば、ＣｒＣ、ＴｉＣ、ＣｒＡｌＣ、ＴｉＡｌＣ、ＶＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、ＴａＣ）、窒化物（例えば、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ）、炭窒化物（例えば、ＴｉＣＮ）を単層又は複層にして用いることができる。
【００２１】
図１（ａ）は、中間層ＣＳが単層からなる場合におけるダイカスト用金型１の断面模式図を示す。具体的には、中間層ＣＳは、ＣｒＮ、Ｃｒ、ＴｉＮ、Ｔｉ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌ、ＣｒＡｌＮ、ＣｒＡｌ等により構成することができる。
図１（ｂ）は、中間層ＣＳが、下層側から順に中間層ＣＳ１，ＣＳ２の２層からなる場合におけるダイカスト用金型１の断面模式図を示す。具体的には、中間層ＣＳ１，ＣＳ２は、中間層ＣＳ１がＣｒで中間層ＣＳ２がＣｒＮのもの、中間層ＣＳ１がＴｉで中間層ＣＳ２がＴｉＮのもの、中間層ＣＳ１がＣｒＮで中間層ＣＳ２がＴｉＡｌＮのもの等により構成することができる。
図１（ｃ）は、中間層ＣＳが、下層側から順に中間層ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の３層からなる場合におけるダイカスト用金型１の断面模式図を示す。具体的には、中間層ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３は、中間層ＣＳ１がＣｒで中間層ＣＳ２がＣｒＮで中間層ＣＳ３がＴｉＡｌＮのもの、中間層ＣＳ１がＣｒＮで中間層ＣＳ２がＴｉＡｌＮで中間層ＣＳ３がＣｒのもの等により構成することができる。
【００２２】
中間層ＣＳの層厚は、単層又は複層のいずれの場合においても全体で１〜３０μｍが好ましい。中間層ＣＳの層厚が１μｍ以上が好ましいのは、耐溶損性を向上させることができるためである。また、中間層ＣＳの層厚が薄くなりすぎると耐溶損性が不十分となる。一方、中間層ＣＳの層厚が３０μｍ以下が好ましいのは、これを超えると、各層の剥離等により耐溶損性が劣化するおそれがあるからである。
【００２３】
ちなみに、中間層ＣＳの硬さは、マイクロビッカース硬さで１０００ＨＶ以下が好ましい。中間層ＣＳの硬さが高くなりすぎると、金型に冷熱サイクルが加わったときに塑性変形による応力緩和が不十分となるためである。つまり、耐ヒートチェック性を向上させるためである。一方、中間層ＣＳの硬さは、マイクロビッカース硬さで４００Ｈｖ以上が好ましく、６００Ｈｖ以上がより好ましい。中間層ＣＳの硬さが低い方が高い応力緩和効果が得られるが、僅かな外力によって変形しやすくなり、中間層ＣＳ上に形成される他の中間層ＣＳ（複層の場合）や、機能性被膜ＫＨの剥離や亀裂の発生を助長するおそれがあるからである。
【００２４】
中間層ＣＳは、イオンプレーティング法、蒸着法等により形成することができる。
【００２５】
機能性被膜ＫＨは、中間層ＣＳの表面に形成される。すなわち、ダイカスト用金型１の最表面に形成される。機能性被膜ＫＨは、中間層ＣＳの表面の全面にわたって形成したものでもよいし、中間層ＣＳの表面の少なくとも一部分に形成したものでもよい。機能性被膜ＫＨは、溶損や焼付きが懸念される部分、例えば、金型のキャビティの表面、キャビティに連通する湯道の表面、キャビティに隣接する表面等に形成したものでもよい。
【００２６】
機能性被膜ＫＨは、Ｆｅを２０質量％以上含有し、かつ、Ｆｅ酸化物が形成された材料からなるものであればよい。十分な耐焼付き性を得るためである。また、機能性被膜ＫＨは、単層又は複層のいずれでもよい。機能性被膜ＫＨは、具体的には、Ｆｅ酸化物として、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４の少なくとも１種を含有する単層又は複層からなるものとすることができる。また、機能性被膜ＫＨの厚さは、０．５〜２．０μｍとするとよい。薄すぎると十分な耐焼き付き性が得られない一方、厚すぎると剥離するおそれがあるからである。
【００２７】
機能性被膜ＫＨは、イオンプレーティング法、蒸着法等により被膜材を被覆した後、酸化処理することにより形成することができる。被膜材の被覆には、Ｆｅ及び／又はＣｒを含有するターゲット材を使用するとよい。ターゲット材は、Ｆｅを２０質量％以上含有させたものが好ましい。その理由は、耐焼付き性向上に効果のあるＦｅ酸化物を２０質量％以上形成させるためである。ターゲット材は、具体的には、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３２１等を用いることができる。酸化処理は、その方法は特に限定されないが、大気炉、ホモ処理炉、又は、ソルトバス中で行うことができる。これにより、Ｆｅ酸化物が形成されるからである。機能性被膜ＫＨは、その表面から０．５μｍまでの範囲に酸素濃度が非酸化部の１０倍以上となる高酸素部を備えるとよい。その理由は、このような高酸素部がない場合には、磨耗等によりＦｅ酸化物が磨滅してしまい、耐焼付き性が劣化するおそれがあるためである。
【００２８】
尚、上記実施形態においては、ダイカスト用金型１の金型基材ＫＫの表面に、中間層ＣＳ、及び、機能性被膜ＫＨを形成する方法の例を説明したが、ダイカスト用金型に限らず、金型に付帯する部品類、例えば、鋳抜きピン・ウォータージャケット・シャットオフバルブ・ランナーインサート等の基材の表面処理に適用することは本実施形態の範囲に含まれる。
【００２９】
（ダイカスト用金型の被膜形成方法、及び、ターゲット材）
次に、本発明の一実施の形態に係るダイカスト用金型の被膜形成方法について説明する。本実施形態に係るダイカスト用金型の被膜形成方法は、
（１）金型基材ＫＫ・工具基材の作製・準備、
（２）中間層ＣＳの形成工程、
（３）機能性被膜ＫＨとなる被膜の形成工程、
（４）被膜Ｈの酸化による機能性被膜ＫＨの形成工程からなる。
【００３０】
以下、これら（１）〜（４）の各工程について説明する。
（１）金型基材ＫＫ・工具基材の作製・準備
上記の材料、すなわち、熱間工具鋼（ＳＫＤ４、ＳＫＤ５、ＳＫＤ６、ＳＫＤ７、ＳＫＤ８、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ６２等）からなる金型基材・工具基材として、焼入れ焼戻しを行い、硬さを調質した状態、又は、その後更に窒化処理を行った状態のものを作製又は準備する。
窒化処理を行う場合における窒化処理方法は、特に、限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。窒化処理方法としては、具体的には、ガス窒化法、液体窒化法、イオン窒化法、ラジカル窒化法等を用いることができる。窒化処理は、省略してもよいが、窒化処理を行うと金型基材・工具基材の表面硬さが増すと同時に、その熱膨張係数が低下するため、耐ヒートチェック性が更に向上する。また、耐溶損性の向上にも寄与し、金型寿命を更に延ばすことができる。
【００３１】
（２）中間層ＣＳの形成工程
中間層ＣＳは、金型基材・工具基材の表面に、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種からなる金属若しくは合金、又は、ＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）、Ａｌ、及び、Ｓｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物（例えば、炭化物、窒化物、炭窒化物）の単層又は複層を形成することにより形成される。
【００３２】
中間層ＣＳを形成する方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。中間層形成方法としては、具体的には、イオンプレーティング法、蒸着法等を用いることができる。化合物を形成させる場合には、必要に応じて、炭化処理、窒化処理、又は、炭窒化処理を行うとよい。
ここで、中間層ＣＳの組成は、ターゲット組成、電解液組成等により制御することができる。
また、中間層ＣＳの層厚は、電解電圧及び処理時間を調節することにより制御することができる。
また、中間層ＣＳの硬さは、その組成や形成方法の最適化等により制御することができる。
中間層ＣＳを複層にする場合には、既に形成した中間層の上にこれらの処理を行えばよい。
【００３３】
（３）機能性被膜ＫＨとなる被膜Ｈの形成工程
機能性被膜ＫＨとなる被膜Ｈは、中間層ＣＳの表面に、Ｆｅを２０質量％以上含有するターゲット材（被覆材）を被覆することにより形成される。ターゲット材を被覆する方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。ターゲット材の被覆方法としては、具体的には、イオンプレーティング法、蒸着法等を用いることができる。
被膜Ｈ、ひいては、機能性被膜ＫＨの組成は、ターゲット材の組成、被膜時の雰囲気等により制御することができる。
被膜Ｈ、ひいては、機能性被膜ＫＨの層厚は、例えば、アーク電流及び処理時間等を調節することにより制御することができる。
被膜Ｈ、ひいては、機能性被膜ＫＨの硬さは、その組成や形成方法の最適化等により制御することができる。
【００３４】
（４）被膜Ｈの酸化による機能性被膜ＫＨの形成工程
機能性被膜ＫＨは、被膜Ｈを酸化処理することにより形成される。すなわち、この酸化処理により、Ｆｅを２０質量％含有するだけでなく、Ｆｅ酸化物（Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４）の少なくとも１種を含む機能性被膜ＫＨが形成される。
被膜Ｈの酸化処理方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法を用いることができる。被膜Ｈの酸化処理方法として、具体的には、
（ａ）４００〜６００℃の大気炉内で所定時間、試料を保持する方法、
（ｂ）４００〜６００℃の酸化性雰囲気（例えば、ホモ処理炉）の炉内で所定時間、試料を保持する方法、
（ｃ）４００〜６００℃のソルト炉（例えば、塩浴窒化炉）内で所定時間、試料を浸漬する方法、を用いることができる。
【実施例】
【００３５】
以下に本発明の実施例及び比較例について説明する。
（試験片の作製）
以下の（１）〜（４）の手順で試験片を作製したのでこれについて説明する。
表１及び表２に、実施例及び比較例の基材窒化の有無、中間層の組成及び膜厚、並びに、機能性被膜（又は被膜等）のＦｅ量、膜厚及び酸化処理方法をまとめて示す。
【００３６】
（１）試験片の作製
ＳＫＤ６１からなる円柱状（φ１１×７０ｍｍ）の供試材を用意し、焼入れ及び焼戻しを施すことにより、硬さを４４ＨＲＣに調質した。その後、円柱状（φ１０×６０ｍｍ）に精加工を行い、試験片を得た。
一部の試験片（表１及び表２の基材窒化の欄参照）に対してラジカル窒化処理を施した。ラジカル窒化処理の条件は、２０ｖｏｌ％ＮＨ３ガス−８０ｖｏｌ％Ｈ２ガス中、５００℃×３ｈｒとした。
【００３７】
（２）中間層の形成等
次に、一部の試験片（比較例２２〜２６は除く）の表面にイオンプレーティングにより、中間層として、１〜３層の単層又は複数層を形成させた。各層厚は、電解電圧及び処理時間を調節することにより制御した。また、炭化物、窒化物又は炭窒化物（表１及び表２では窒化物の例のみ）を形成させる場合には、反応容器内に反応ガス（メタン、窒素等）を導入した。反応ガスの分圧は、１〜１０Ｐａとした。尚、比較例２２〜２６には中間層を形成しなかった。
【００３８】
（３）イオンプレーティング
イオンプレーティング装置（日新電機（株）製マルチアークＰＶＤ装置Ｍ５００Ｃ−６００）のターゲットとして６５ｖｏｌ％以上Ｆｅ残部Ｃｒのターゲットを用いて、各試験片（実施例１〜３０及び比較例４）の表面にイオンプレーティングにより、単層又は複層（表１及び表２では単層の例のみ）の被膜を形成させた。また、窒化物を形成させる場合には、反応容器内に窒素ガスを導入した。反応ガスの分圧は、１〜５Ｐａとした。
【００３９】
（４）酸化処理
表１及び表２に示す条件で、大気炉、ホモ処理炉、又は、ソルトバス中で各試験片（実施例１〜３０、比較例４〜２１，２３，２４，２６）の酸化処理を行った。これにより、実施例の各試験片の表面に機能性被膜を形成させるとともに、対象となる比較例の各試験片の表面を酸化させた。
【００４０】
【表１】
2010005627.tif 000003
【００４１】
【表２】
2010005627.tif 000004
【００４２】
（機能性被膜の分析：組成分析）
次に、実施例１２について、機能性被膜に含有されるＦｅ元素量、及び、機能性被膜ＫＨの酸素濃度を分析した。これらの分析は、（株）堀場製作所製の高周波グロー放電分光分析装置（ＧＤ−ＯＥＳ）を用いて、機能性被膜の表層からの組成を調べることにより行った。その結果を、図３及び図４に示す。
図３は、機能性被膜ＫＨに含まれる各元素量をその表面からの距離との関係で示したグラフである。図３に示したように、機能性被膜ＫＨは、Ｆｅ量が約７８質量％〜約３８質量％であることがわかった。
図４は、機能性被膜ＫＨに含まれる各元素のうちＯ（酸素）量を検証するために、図３に示したグラフの横軸で示す０〜１μｍの部分を拡大して示したグラフである。図４に示したように、機能性被膜ＫＨは、その表面から０．５μｍの間に酸素濃度が非酸化部の１０倍以上となる範囲があることがわかった。
【００４３】
（機能性被膜の分析：酸化物形成）
次に、実施例１２について、Ｆｅ酸化物が形成されているか否かを分析した。この分析は、（株）リガク製のＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いた構造解析により行った。その結果を、図５に示す。
経験的な構造解析データを踏まえると、同図に示した結果によれば、酸化物（Ｆｅ２Ｏ３）のピークが出ていることが確認できた。従って、機能性被膜ＫＨは、酸化物が形成されていることが確認できた。また、その他の実施例についても、同様の方法でＦｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４等の酸化物が形成されていることが確認できた。
【００４４】
（評価試験：耐焼付き性）
各実施例及び各比較例の試験片の耐焼付き性を調べたので、これについて説明する。
７５０℃に加熱した鋳造用アルミニウム合金（ＪＩＳ  ＡＤＣ１２）溶湯中に表面処理を施したφ１０試験片を３０秒間浸漬した。試験片を溶湯から引き上げ、室温まで冷却した後、表面に付着したアルミニウム合金の凝固膜をウェスで可能な限り除去した。焼付き性は、凝固膜が残るか否かを目視で観察することにより評価した。その結果を表１及び表２に示す。結果は、凝固膜が残らなかったものを良好（「○」で示す）とし、凝固膜が多少残ったものをやや悪い（「△」で示す）とし、凝固膜が殆ど取れなかったものを悪い（「×」で示す）とした。
【００４５】
（評価試験：耐溶損性）
各実施例及び各比較例の試験片の耐溶損性を調べたので、これについて説明する。
図６に示すアルミ溶損試験機を用いて、溶損率を測定した。同図において、アルミ溶損試験器１０は、フロアＦＬから垂直に立設する支柱１１と、支柱１１にスライダ１２を介して昇降自在に支持されたアーム１３と、アーム１３の先端付近から垂下し、モータＭによって回転する回転軸１４と、回転軸１４の下端に固定された円板１５とを備える。円板１５の下面には、円板１５の中心から偏心した位置に試験片を下向きに固定し、試験片の根本をアルミ溶湯から保護するためのホルダ１６が設けられている。円板１５の下方には、アルミニウム合金溶湯Ｌが保持された保持炉１７が設けられている。保持炉１７の外周面にはヒータｈが螺旋状に巻き付けられ、保持炉１７は、断熱槽１８内に収容されている。
表面処理を施したφ１０試験片ｐをホルダー１６に先端３０ｍｍを出した状態で取り付けた。この状態でスライダ１２を下降させ、７５０℃に加熱した鋳造用アルミニウム合金（ＪＩＳ  ＡＤＣ１２）溶湯Ｌに試験片ｐの先端３０ｍｍを浸漬し、円板１５を２００ｒｐｍで１〜５時間回転させた。
試験前後の各試験片ｐの重量を測定し、溶損率（試験前後の重量差割合）を算出した。その結果を表１及び表２に示す。
【００４６】
（試験結果）
実施例は、耐焼付き性及び耐溶損性の両者がいずれも良好だったのに対して、比較例は、それら両者が共に良好だったものはなかった。全体的には金型基材に中間層を形成し、その上に機能性被膜を形成すると、
（１）機能性被膜が耐焼付き性の向上に効果があるとともに、耐溶損性にも寄与すること、及び、
（２）中間層が耐溶損性の向上に効果があることがわかった。
以下これらの結果について更に詳細に考察する。
【００４７】
（試験結果の考察：機能性被膜について）
機能性被膜の有無の観点から、この結果について考察する。
機能性被膜の有無が異なる比較例と実施例（中間層がＴｉＮである比較例１と実施例１０，１１、中間層がＣｒＮである比較例２と実施例１〜６，２３〜２５、中間層がＣｒである比較例３と実施例７〜９）とを比べると、いずれも実施例は耐焼付き性が良好だが、比較例はウエスで擦っても殆ど取れないようなＡｌの焼付きが見られ、耐焼付き性が悪かった。このことから、実施例の機能性被膜は、耐焼付き性を高める作用があることがわかった。これらの実施例の中には、中間層の厚さが比較例よりも薄いもの（実施例７〜９，２３）があるが、中間層が薄くても機能性被膜が形成されていれば耐焼付き性が良好であることがわかった。
【００４８】
ところで、比較例９，１０のように最表層となる中間層がＣｒだけの場合、この中間層を直接酸化処理した場合には、酸化処理方法が同じであっても、耐焼付き性が異なる結果になった。その原因として、ソルト炉内の微量なＦｅ酸化物が表面に付着したことが影響したと考えられる。
以上のことから、機能性被膜が耐焼付き性を向上させるのに効果があることがわかった。
【００４９】
次に、機能性被膜の具体的構成の観点から、上記結果について考察する。
比較例４と各実施例とを比べると、比較例４は、中間層が形成され、更に、被膜が形成されているが酸化処理がされていないため酸化物が形成されておらず、Ａｌの焼付きが見られた。従って、耐焼付き性を良好とするには、被膜に酸化物が形成されるとよいことが確認できた。また、実施例１２の構造解析（図５参照）によれば、形成された酸化物は、Ｆｅ２Ｏ３等であることから、機能性被膜に形成される酸化物は、Ｆｅ酸化物であればよいことが確認できた。
また、実施例１〜２２は、酸化処理方法として大気炉・ソルト炉・雰囲気炉のいずれかを採用し、酸化時間を１ｈ又は５ｈとしているが、いずれにおいても焼付きが起こらず良好な耐焼付き性を示した。このことから、Ｆｅ酸化物を形成させるための酸化処理方法は、限定されないことが確認できた。
更に、実施例１２の組成分析（図３参照）によれば、機能性被膜のＦｅ元素量が約３８質量％〜約７８質量％程度であった。
また、同図によれば、機能性被膜は、その表面から０．５μｍまでの範囲における酸素濃度が非酸化部の酸素濃度の１０倍以上となる範囲があることが確認できた。
【００５０】
尚、機能性被膜を形成したことによって、耐焼付き性が向上した理由は次のように考えられる。機能性被膜が形成された状態で、焼付きを生じるには、「Ａｌ溶湯が、（ａ）Ｆｅ酸化物の酸素と鉄との結合を引き離し、更に、（ｂ）その酸素と結合すること」を要するが、機能性被膜が形成された状態でこの（ａ）及び（ｂ）を起こすには相当のエネルギーを要する。従って、機能性被膜が形成された試験片は、この（ａ）及び（ｂ）が起きないため、焼付きを起こさず、その結果耐焼付き性が向上したといえる。
【００５１】
（試験結果の考察：中間層について）
中間層の有無の観点から、上記結果について考察する。
中間層の有無が異なる比較例同士（具体的には、中間層の無い比較例２２〜２６と、中間層の有る比較例５〜７，１４〜１９と）を比較すると、中間層有りのものは溶損率が０．５〜１２％と比較的低かったのに対して、中間層無しのものは基材窒化の有無に拘わらず溶損率が８５〜１００％と高かった。このことから、中間層を形成すると耐溶損性を向上させ得ることが確認できた。
【００５２】
ここで、比較例１４〜１９によれば、中間層が薄いと溶損率の増加傾向が推察される。しかし、中間層が薄くても実施例２３，３０のように機能性被膜がある場合には、溶損率を比較的低く抑えることができることが確認できた。このことは、実施例１〜３０は、比較例に比べて浸漬時間が同等又は長いが、それでも溶損率が３％以下と低い傾向にあることにより裏付けられる。もっとも、実施例２３，３０を他の実施例と比べると、中間層が薄すぎると溶損率が高くなることが懸念されるため、中間層厚さは１μｍ以上が好ましいと判断された。一方、実施例２５を他の実施例と比べると、中間層が厚すぎても溶損率が高くなることが懸念されるため、中間層厚さは３０μｍ以下が好ましいと判断された。
従って、実施例のように中間層の形成が耐溶損性を向上させ得るとともに、中間層の他に更に機能性被膜を形成すると、耐溶損性の向上に寄与することが確認できた。
【００５３】
ちなみに、比較例４は、中間層の表面にＦｅ元素量が６５質量％の被膜を形成していても、浸漬時間２時間で溶損率が９０％と悪い結果だった。従って、中間層の表面に酸化物が形成されていない被膜だけが形成されていても、耐溶損性の向上に寄与しないことが確認できた。
【００５４】
（試験結果の考察：基材窒化について）
基材窒化の有無の観点から、上記結果について考察する。
基材窒化の有無が異なる実施例４と２６、実施例２と２７、実施例６と２８、実施例１１と２９、実施例７と３０をそれぞれ比較すると、基材窒化有りのものは、基材窒化無しのものに比べて溶損率が低い傾向にあることを確認できた。このことから、中間層の表面に酸化物が形成され、更に、基材窒化が施されていると耐溶損性に寄与することが確認できた。
【００５５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明は、上記実施形態を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係るダイカスト用金型は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ等のダイカストに用いられるダイカスト用金型として実施することができる。また、本発明に係る被膜用ターゲット材、及び、被膜形成方法は、本発明に係るダイカスト用金型の他、ダイカストに関する工具を生産するのに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ダイカスト用金型１の断面模式図を示し、同図（ａ）は中間層ＣＳが単層（１層）からなる場合、同図（ｂ）は中間層ＣＳが２層からなる場合、同図（ｃ）は中間層ＣＳが３層からなる場合を示す。
【図２】ダイカスト用金型１の断面を一般化して示した断面模式図である。
【図３】実施例１２で得られた機能性被膜の組成分析結果を示すグラフである。
【図４】図３の組成分析結果のうち横軸の０〜１μｍの部分を拡大して示すグラフである。
【図５】実施例１２で得られた機能性被膜のＸＲＤパターンを示すグラフである。
【図６】アルミ溶損試験機の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ダイカスト用金型
ＫＫ  金型基材
ＣＳ  中間層
ＫＨ  機能性被膜
【図１】
2010005627.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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