(57)【要約】  本発明の目的は、溶融金属に対する耐溶損性および耐焼付き性に優れたダイカスト用被覆金型の製造方法を提供することである。  ダイカスト用金型の基材の表面にアークイオンプレーティング法で第１の硬質皮膜を被覆する工程と、前記第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理する工程と、前記平滑化処理された第１の硬質皮膜の上にアークイオンプレーティング法で第２の硬質皮膜を被覆する工程と、を有するダイカスト用被覆金型の製造方法である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト用金型の基材の表面にアークイオンプレーティング法で第１の硬質皮膜を被覆する工程と、
前記第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理する工程と、
前記平滑化処理された第１の硬質皮膜の上にアークイオンプレーティング法で第２の硬質皮膜を被覆する工程と、
を有することを特徴とするダイカスト用被覆金型の製造方法。
【請求項２】
前記平滑化処理は、ボンバード処理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被覆金型の製造方法。
【請求項３】
前記第１の硬質皮膜または前記第２の硬質皮膜は、クロム系窒化物であることを特徴とする請求項１または２に記載のダイカスト用被覆金型の製造方法。
【請求項４】
前記第２の硬質皮膜は、少なくとも２層以上の多層構造を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のダイカスト用被覆金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼やアルミニウム、マグネシウム、亜鉛、それらの合金に代表される各種の鉄・非鉄金属の鋳造、特にはアルミニウムやその合金の鋳造に用いられる、アークイオンプレーティング法で硬質皮膜を被覆するダイカスト用被覆金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ダイカスト製品の軽量化、高性能化、用途の多様化等に伴って、その製品寸法形状に対する金型の精度、そして金型表面に負荷される熱応力条件は、年々厳しくなっており、金型寿命が不安定化する傾向にある。ダイカスト用金型の表面には、溶融金属による加熱と、離型剤の噴霧による冷却を繰り返して受けることで、熱応力による疲労クラックが発生する。また同時に、溶融金属と接することで、金型表面では溶損や焼付きが発生する。【０００３】
そこで、このような課題を防止又は抑制するために、窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸化物等の硬質皮膜を被覆したダイカスト用被覆金型が提案されている。被覆手段の中でもアークイオンプレーティング法は基材への熱的負荷が小さいため金型の変寸が少なく、硬質皮膜の密着性にも優れることから有効である。【０００４】
例えば、特許文献１では、アークイオンプレーティング法でＣｒの窒化物を単層で被覆することが提案されている。特許文献２では、イオンプレーティング法で金属または合金と、炭化物、窒化物、酸化物、あるいは炭窒化物を積層させることが提案されている。また、引用文献３では、化学的に安定な酸化物皮膜を適用することが開示されており、具体的にはアークイオンプレーティング法でＣｒの酸化物の上にＡｌＣｒの酸化物を設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２３７６２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１８８６０９号公報
【特許文献３】特開２０１０−５８１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、皮膜の密着性に優れるアークイオンプレーティング法で被覆処理したダイカスト用被覆金型であっても、局所的な溶損や焼付きが発生することを確認した。そして、ダイカスト用被覆金型における溶損や焼付きの発生原因を検討したところ、硬質皮膜に含まれるドロップレットやパーティクル等の凹凸を起点とするボイド等の隙間欠陥により、局所的な溶損や焼付きが発生していることを確認した。【０００７】
本発明の目的は上記の課題に鑑み、溶融金属に対する耐溶損性および耐焼付き性に優れたダイカスト用被覆金型の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ダイカスト用金型の基材の表面にアークイオンプレーティング法で硬質皮膜を被覆するダイカスト用被覆金型の製造方法であって、基材の表面にアークイオンプレーティング法で第１の硬質皮膜を被覆する工程と、その第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理する工程と、その平滑化処理された第１の硬質皮膜の上にアークイオンプレーティング法で第２の硬質皮膜を被覆する工程とを有するダイカスト用被覆金型の製造方法である。
ここで平滑化処理は、ボンバード処理であることが好ましい。
本発明のダイカスト用被覆金型の製造方法において、第１の硬質皮膜または第２の硬質皮膜は、クロム系窒化物であることが好ましい。
また、本発明のダイカスト用被覆金型の製造方法において、第２の硬質皮膜は、少なくとも２層以上の多層構造を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アルミニウム等の溶融金属に対して、優れた耐溶損性および耐焼付き性を発揮できるダイカスト用被覆金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明例１〜４の溶損試験後の光学顕微鏡による外観観察写真である。
【図２】比較例１、２の溶損試験後の光学顕微鏡による外観観察写真である。
【図３】本発明例１０〜１２の溶損試験後の光学顕微鏡による外観観察写真である。
【図４】本発明例１３〜１５の溶損試験後の光学顕微鏡による外観観察写真である。
【図５】本発明例１６〜１８の溶損試験後の光学顕微鏡による外観観察写真である。
【図６】比較例１０〜１２の溶損試験後の光学顕微鏡による外観観察写真である。
【図７】比較例１３、１４の溶損試験後の光学顕微鏡による外観観察写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者は、ダイカスト用被覆金型の局所的な溶損や焼付を低減するには、アークイオンプレーティング法による硬質皮膜の被覆処理の途中に平滑化処理を設けることが有効であることを見出して、本発明に到達した。
【００１２】
本発明者は、硬質皮膜の内部に含まれるドロップレットやパーティクルが原因となり、局所的な溶損や焼付きが発生することを確認した。そして、最表面の硬質皮膜を平滑化処理するだけでは、皮膜内部に含まれるドロップレットやパーティクルを起点とする欠陥は除去することができず、ダイカスト用金型の溶損や焼付きを抑制することはできないことを確認した。そして、ダイカスト用金型の溶損や焼付きを抑制するためには、硬質皮膜の形成の途中に平滑化処理を設けることが有効であることを知見した。
本発明では、第１の硬質皮膜をアークイオンプレーティング法で被覆し、その表面を平滑化処理する。第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理することで皮膜の表面にあるドロップレットやパーティクル等に起因した表面の凹凸をならして平滑にすることができる。そして、第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理した後には、第２の硬質皮膜をアークイオンプレーティング法で被覆することが重要である。平滑化処理された第１の硬質皮膜の上にアークイオンプレーティング法で第２の硬質皮膜を被覆することで、第１の硬質皮膜の表面に存在する平滑化処理痕に起因する微細な凹凸も埋められるようになり、硬質皮膜の全体に含まれるドロップレットやパーティクル等を起点にする表面の凹凸が低減し、局所的な溶損や焼付きを抑制することができる。
【００１３】
本発明において、上記の「平滑化処理」とは、機械的研磨、ボンバード処理等のように、硬質皮膜の表面の表面粗さの数値を小さくする処理をいう。  上記の表面粗さのパラメータには、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠する算術平均粗さＲａ、および、最大高さＲｚを用いることができる。そして、上記の平滑化処理により、第１の硬質皮膜の表面の算術平均粗さＲａを０．０５μｍ以下、最大高さＲｚを１．００μｍ以下にすることが好ましく、Ｒｚを０．５０μｍ以下にすることがより好ましい。
【００１４】
ボンバード処理はアルゴン等のガスを用いたボンバード処理や、金属イオンを用いたボンバード処理を適用することができる。ボンバード処理を適用すれば、同一炉内で連続的に処理できるので、後述する機械的研磨よりも好ましい。
但し、ボンバード処理の時間が長くなり過ぎると、第１の硬質皮膜の表面に凹凸が多くなり、耐溶損性が低下する傾向にある。より優れた耐溶損性を発揮するためには、ボンバード処理は、処理時間を４０分以下とすることが好ましい。更に好ましくは３０分以下である。但し、処理時間が短くなり過ぎれば、耐溶損性を向上させる効果が得られ難い。そのため、ボンバード処理は、処理時間を５分以上とすることが好ましい。更には、１０分以上とすることが好ましい。
ガスボンバード処理は、基材に印加する負のバイアス電圧を−７００Ｖ以上−４００Ｖ以下で実施することが好ましい。基材に印加する負のバイアス電圧が−４００Ｖより大きく（−４００Ｖよりもプラス側）なると、第１の硬質皮膜の平滑化が十分でないため耐溶損性および耐焼付き性が低下する傾向にある。また、基材に印加する負のバイアス電圧が−７００Ｖより小さく（−７００Ｖよりもマイナス側）なると、第１の硬質皮膜の表面に凹凸が多く形成され易くなり耐溶損性および耐焼付き性が低下する傾向にある。
【００１５】
一方、ドロップレットに起因する表面の凹凸を解消して平滑な表面状態にするためには、次のような機械的研磨が有効である。
（１）ダイヤモンドペースト等の研磨剤を保持した研磨布で硬質皮膜の表面を磨く方法
（２）ダイヤモンド粒子と含水した研磨剤を用い、基材に被覆された皮膜に高速で滑走させて、発生する摩擦力によって磨く、いわゆるエアロラップ（登録商標）等による研磨方法
（３）エアーを使用せずに弾性と粘着性を持った研磨剤を噴射することで磨く、いわゆるスマップ（ＳＭＡＰ）（亀井鉄工所製の鏡面ショットマシンである）等による研磨方法
さらに、これらの機械的研磨の後には３μｍ以下のダイヤモンドペースト磨きをすることで、より好ましい平滑化が実現できる。
第１の硬質皮膜の表面を機械的研磨するためには、第１の硬質皮膜を被覆後に試料を炉内から取出す必要がある。第１の硬質皮膜を機械的研磨により平滑化処理した後に、試料を炉内に戻して第２の硬質皮膜を被覆すればよい。
機械的研磨はより平滑な表面状態を達成でき、耐溶損性および耐焼付き性を向上させるのに好ましい。
【００１６】
本発明の第１の硬質皮膜および第２の硬質皮膜には、窒化物、炭化物、炭窒化物、炭酸窒化物、酸窒化物、酸化物を適用することができる。
本発明において、第１の硬質皮膜および第２の硬質皮膜は単層であってもよいが、多層構造とすることが好ましい。第２の硬質皮膜を多層構造とすることで、第２の硬質皮膜に優れた機械的特性を付加することができる。例えば、密着性に優れるクロム系窒化物と、このクロム系窒化物にＳｉ、Ｂなどの第３元素を加えたクロム系窒化物等を積層させることで、第２の硬質皮膜に高硬度を付加することができる。
【００１７】
第１の硬質皮膜は、窒化物又は炭窒化物であることが好ましい。基材側にある第１の硬質皮膜が窒化物又は炭窒化物であれば、基材との密着性がより優れる傾向にあり好ましい。更には窒化物であることが好ましい。また、第１の硬質皮膜は、金属（半金属を含む）部分の原子比率（原子％）でＣｒを５０％以上含有するクロム系の窒化物または炭窒化物であることがより好ましく、Ｃｒを７０％以上含有することがさらに好ましい。
【００１８】
ダイカスト用被覆金型の耐溶損性および耐焼付き性を高めるには、表面側にある第２の硬質皮膜は、窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸化物であることが好ましい。更には窒化物又は酸窒化物であることが好ましい。特に、窒化物であることが好ましい。また、第２の硬質皮膜は、金属（半金属を含む）部分の原子比率（原子％）でＣｒを５０％以上含有するクロム系の窒化物または炭窒化物であることがより好ましく、Ｃｒを７０％以上含有することがさらに好ましい。
【００１９】
第２の硬質皮膜は、Ｓｉ、Ｂの少なくとも１種以上を含有することが好ましい。Ｓｉ、Ｂの少なくとも１種を含有することで皮膜組織が微細になり、耐摩耗性および耐溶損性がより向上する。これらの効果を十分に発揮するには、第２の硬質皮膜は金属（半金属を含む）部分の原子比率（原子％）でＳｉ、Ｂの１種以上を３％以上含有することがより好ましく、さらに好ましくは５％以上である。但し、Ｓｉ、Ｂの含有量が多くなり過ぎると皮膜の靱性が低下する。そのため、第２の硬質皮膜は金属（半金属を含む）部分の原子比率（原子％）でＳｉ、Ｂの１種以上を１５％以下で含有することが好ましく、Ｓｉ、Ｂの１種以上を１０％以下で含有することがより好ましい。
【００２０】
本発明では、第２の硬質皮膜の表面も平滑化処理することが好ましい。そして、この場合、第２の硬質皮膜の表面を研磨して算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）が０．０５μｍ以下、最大高さＲｚ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）が１．００μｍ以下にすることがより好ましく、Ｒｚを０．６０μｍ以下にすることがさらに好ましい。
【００２１】
本発明の基材は特段に定めるものではないが、ＪＩＳ−Ｇ−４４０４（２００６）のＳＫＤ６１やその改良材に代表される熱間工具鋼を使用することが好ましい。工具鋼の基本的特性を決定するＣとＣｒを、質量％で、Ｃ：０．３５〜０．４５％、Ｃｒ：４．０〜６．０％の範囲で含有する熱間工具鋼を基材として用いることが好ましい。
基材は、窒化処理または浸炭処理等といった拡散を利用した表面硬化処理を予め適用してもよい。窒化処理をした基材を用いることで、耐溶損性や耐焼付き性がより向上する傾向にあり好ましい。
【００２２】
硬質皮膜の密着性をより高めるためには、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）が０．０５μｍ以下、最大高さＲｚ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）が１．００μｍ以下の表面粗さを有する基材を用いることが好ましい。
【００２３】
第１の硬質皮膜または第２の硬質皮膜の表面粗さを平滑に調整するには、その被覆前の基材の表面粗さも平滑に研磨しておくことが好ましい。具体的には、硬質皮膜を被覆する前の基材の表面粗さをＡ、第１の硬質皮膜の平滑化処理前の表面粗さをＢ、第１の硬質皮膜の平滑化処理後の表面粗さをＣとしたとき、その各々の算術平均粗さＲａと最大高さＲｚが、Ａ＜Ｃ＜Ｂの関係を満たすことが好ましい。
また、本発明においては、第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理することに加えて、第２の硬質皮膜を平滑化処理することが好ましい、この場合、第２の硬質皮膜の平滑化処理後の表面粗さをＤとして、上記のＲａおよびＲｚの関係が、Ａ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｂの関係を満たすことがより好ましい。
基材表面を平滑化することで、基材表面の凹凸に起因する皮膜欠陥を抑制することが出来る。基材の直上にある皮膜欠陥は直接的に基材自体を著しく腐食する原因となり、基材に近い側の皮膜の皮膜欠陥が少ないことがより好ましい。そのため、研磨後の第２の硬質皮膜の表面粗さよりも、第１の硬質皮膜の表面粗さが平滑であることが好ましく、更には被覆する前の基材の表面粗さが最も平滑であることが好ましい。
さらに、第１の硬質皮膜については、その被覆時の表面にあるドロップレット等を研磨又はエッチング除去するところ、除去の程度すなわち平滑化処理後の表面粗さＣは、平滑化処理前の表面粗さＢに対して、ＲａではＣ／Ｂが１．０未満に、ＲｚではＣ／Ｂが０．５未満になるよう平滑化処理を行うことが好ましい。これらの式を満たすことによって、硬質皮膜の欠陥をより低減できる。
【００２４】
硬質皮膜の総膜厚が薄くなり過ぎると耐溶損性および耐焼付き性が十分でない場合がある。そのため、硬質皮膜の総膜厚は３μｍ以上とすることが好ましい。更には、硬質皮膜の総膜厚は５μｍ以上とすることがより好ましく、１０μｍ以上とすることがさらに好ましい。一方、硬質皮膜の総膜厚が厚くなり過ぎると皮膜剥離が発生し易くなる。そのため、硬質皮膜の総膜厚は４０μｍ以下とすることが好ましく、３０μｍ以下とすることがより好ましい。
【００２５】
本発明では、第１の硬質皮膜と基材との間に他の皮膜を設けても良い。また、第２の硬質皮膜の上に他の皮膜を設けても良い。第２の硬質皮膜の上に他の皮膜を設ける場合、第２の硬質皮膜の表面を平滑化処理し、第３以降の硬質皮膜を設けてもよい。
【実施例１】
【００２６】
ダイカスト用金型に要求される耐溶損性を評価するための試料を作製した。基材は、硬さを４６ＨＲＣとした、熱間工具鋼として一般的に使用されているＪＩＳ−Ｇ−４４０４（２００６）のＳＫＤ６１相当鋼材を用いた。評価用の基材の寸法は、直径１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの円柱状とし、表面を研磨して、算術平均粗さＲａを０．０１μｍ、最大高さＲｚを０．０７μｍとした。全ての試料には、予めガス窒化処理した基材を用いた。
そして、一般的なアークイオンプレーティング装置を用い硬質皮膜を被覆した。表面研磨した基材を脱脂洗浄して、基材ホルダーに固定した。そして、基材温度を約５００℃に加熱し、１×１０−３Ｐａの真空中で加熱脱ガスを行った。次に、Ａｒガスを導入し、基材に−５００Ｖのバイアス電圧を印加して、Ａｒボンバード処理を２０分間を行った。続いて、基材には−８００Ｖのバイアス電圧を印加して、Ｔｉボンバード処理を約５分間を行った。基材のボンバード処理は、何れの試料も同様に実施した。
皮膜には、第１の硬質皮膜にＣｒＮを、第２の硬質皮膜にＣｒＳｉＢＮを選択し、基材に被覆した。実施例２の第１の硬質皮膜および第２の硬質皮膜の平滑化処理内容は表１、２に示す。詳細な試料作製条件については、下記に具体的に説明する。【００２７】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１＞
炉内に窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、第１の硬質皮膜である約５．０μｍのＣｒＮを被覆した。次に、第１の硬質皮膜の平滑化処理のために、基材をチャンバーから取り出して、ヤマシタワークス社製エアロラップ装置(ＡＥＲＯ  ＬＡＰ  ＹＴ-３００)を使用して研磨を行い、第１の硬質皮膜を平滑化処理した。そして、第１の硬質皮膜の表面粗さを測定した。そして、脱脂洗浄を行った後に、再びチャンバー内に戻して、第２の硬質皮膜を被覆した。まず、第１の硬質皮膜の表面にある酸化膜などを除去するために、Ａｒボンバード処理およびＴｉボンバード処理を行い表面をクリーニングした。その後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約４．０μｍのＣｒＳｉＢＮからなる第２の硬質皮膜を被覆した。ターゲットの組成は、Ｃｒ９２Ｓｉ３Ｂ５の組成のものを用いた。
そして、被覆した後の第２の硬質皮膜に、エアロラップ装置を使用して研磨を行い、その後３μｍダイヤモンドペーストを使用して磨きによる平滑化処理を行った。【００２８】
＜本発明例  試料Ｎｏ．２＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１と同様とした。第１の硬質皮膜の平滑化処理のために、基材をチャンバーから取り出して、ヤマシタワークス社製エアロラップ装置(ＡＥＲＯ  ＬＡＰ  ＹＴ-３００)を使用して研磨を行った後、１μｍのダイヤモンドペーストにてポリッシング研磨した。
第１皮膜の平滑化処理後の工程は、本発明例１と同様とした。【００２９】
＜本発明例  試料Ｎｏ．３＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１と同様とした。
第１の硬質皮膜を被覆した後、第１の硬質皮膜の表面をボンバード処理で平滑化処理するために、基材に印加する負のバイアス電圧を−５００Ｖとし、Ａｒガスを用いたボンバード処理を３０分間実施した。そして、この平滑化処理を行った後の基材をチャンバーから取り出して、第１の硬質皮膜の表面粗さを測定した。
第１の硬質皮膜の表面粗さを測定した後、この基材をチャンバー内に戻して、本発明例１と同様の表面クリーニングを行った。そして、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約４．０μｍのＣｒＳｉＢＮからなる（ターゲットの組成は、本発明例１と同じ）第２の硬質皮膜を被覆した。第２の硬質皮膜の平滑化処理方法は、本発明例１と同様である。【００３０】
＜本発明例  試料Ｎｏ．４＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１と同様とした。第１の硬質皮膜の平滑化処理のために、基材をチャンバーから取り出して、平滑化処理として研磨剤を塗布したナイロン不織布（ベルスター研磨材工業株式会社製研磨パッド＃４００を使用した。第１皮膜の平滑化処理後の工程は、本発明例１と同様とした。【００３１】
＜比較例  試料Ｎｏ．１＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１と同様とした。第１の硬質皮膜の平滑化処理のために、基材をチャンバーから取り出して、平滑化処理の比較例として本発明の平滑化処理に替えて、ショットブラスト処理（投射材：スチールグリット２００〜３００μｍ）を使用した。ショットブラスト時間を約１０秒間ショットブラストを行った。第１皮膜のショットブラスト処理後の工程は、本発明例１と同様とした。【００３２】
＜比較例  試料Ｎｏ．２＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１と同様とした。
第１の硬質皮膜の被覆後は一切の研磨処理等を行わず、本発明例１０と同様の工程で第２の硬質皮膜を被覆し、試料を作成した。第２の硬質皮膜の平滑化処理方法は、本発明例１と同様である。【００３３】
＜表面粗さ測定＞
基材及び硬質皮膜の表面粗さは、株式会社東京精密製の接触式面粗さ測定器ＳＵＲＦＣＯＭ４８０Ａを用いて、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に従って、算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚを測定した。測定条件は、評価長さ：４．０ｍｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値：０．８ｍｍとした。表１に、硬質皮膜を被覆する前の基材の表面粗さＡ、第１の硬質皮膜の平滑化処理前の表面粗さＢ、第１の硬質皮膜の平滑化処理後の表面粗さＣ、および、第２の硬質皮膜の平滑化処理後の表面粗さＤの測定結果を、それぞれ示す。【００３４】
＜耐溶損性評価＞
アルミニウムの７２０℃の溶湯中に、本発明例および比較例を３０時間漬し、光学顕微鏡により溶損の有無を確認した。また、試験前後の質量を測定して、溶損率（％）を確認した。表２に試料作製条件及び試験結果を纏めて示す。【００３５】
【表１】
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【００３６】
【表２】
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【００３７】
表２に示すように、第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理した本発明例は、本発明の平滑化処理をしていない比較例に比べて溶損率（％）が低くなり、耐溶損性に優れることを確認した。そして、特に、第１皮膜の研磨後の最大高さＲｚが０．５μｍ以下であり、かつ第２皮膜の研磨後の最大高さＲｚが０．６μｍ以下である本発明例２、４が優れた耐溶損性を示した。
図１に本発明例１〜４の耐溶損性評価後の光学顕微鏡による外観観察写真を示す。優れた耐溶損性を示した本発明例１〜４は、先端部および側面部に溶損が確認されていない。
図２に比較例１、２の耐溶損性評価後の光学顕微鏡による外観観察写真を示す。比較例は先端部および側面部の何れも大きな溶損が確認された。
第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理する工程を介することで、さらには、第２の硬質皮膜の表面も平滑化処理することで、耐溶損性が向上することが確認された。【００３８】
表１および２より、本発明の製造方法を適用して得られた硬質皮膜は、その皮膜最表面の表面粗さも平滑であり、耐溶損性に優れていることが分かる。そして、その溶融アルミの耐溶損性評価試験後の皮膜表面は、図１の通り、エロージョンの孔食がほとんど確認されなかった。【００３９】
これに対し、ショットブラスト処理をした比較例１、２の硬質皮膜は、耐溶損性が著しく悪い結果となった。比較例１の硬質皮膜は表面が粗化されたことで硬質皮膜の表面粗さ値が大きくなったこと、比較例２の硬質皮膜は第１の硬質皮膜に本発明の平滑化処理自体を実施していないため、マクロパーティクルが除去されておらず、表面粗さを十分に低減させることができなかった。
【実施例２】
【００４０】
実施例２で使用する基材の種類、基材の研磨、および基材のボンバード処理条件は実施例１と同様のものとした。一部の基材には窒化処理を予め実施した。実施例２の第１の硬質皮膜および第２の硬質皮膜の種類および平滑化処理内容は表３に示す。詳細な試料作製条件については、下記に具体的に説明する。【００４１】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１０＞
炉内に窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、第１の硬質皮膜である約５．０μｍのＣｒＮを被覆した。
その後、第１の硬質皮膜の表面を研磨により平滑化処理するため、基材をチャンバーから取り出して、ヤマシタワークス社製エアロラップ装置(ＡＥＲＯ  ＬＡＰ  ＹＴ-３００)を使用して研磨を行った。さらにその後、１μｍのダイヤモンドペーストにてポリッシング研磨し、続いては、亀井鉄工所製鏡面ショットマシンＳＭＡＰ-ＩＩ型を使用して、算術平均粗さＲａを０．０１μｍ、かつ最大高さＲｚを０．０５μｍとした。
そして、脱脂洗浄を行った後に、再びチャンバー内に戻して、第２の硬質皮膜を被覆した。まず、第１の硬質皮膜の表面にある酸化膜を除去するために、Ａｒボンバード処理およびＴｉボンバード処理を行い表面をクリーニングした。その後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約５．０μｍのＣｒＳｉＢＮからなる第２の硬質皮膜を被覆した。ターゲットには、Ｃｒ９２Ｓｉ３Ｂ５の組成のものを用いた（数字は原子比率、以下同様である）。そして、被覆した後の第２の硬質皮膜に、エアロラップ装置を使用して研磨を行い、その後３μｍダイヤモンドペーストを使用して磨きによる平滑化処理を行った。【００４２】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１１＞
窒化処理して、約１００μｍの窒化層を形成した基材を用いた。それ以外は、本発明例１０と同様とした。【００４３】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１２＞
窒化処理して、約１００μｍの窒化層を形成した基材を用いた。そして、第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１０と同様とした。
第１の硬質皮膜を被覆した後、第１の硬質皮膜の表面をボンバード処理で平滑化処理するために、基材に印加する負のバイアス電圧を−５００Ｖとし、Ａｒガスを用いたボンバード処理を３０分間実施した。
その後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約５．０μｍのＣｒＳｉＢＮからなる第２の硬質皮膜を被覆した（ターゲットの組成は、本発明例１０と同じとした）。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００４４】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１３＞
窒化処理して、約１００μｍの窒化層を形成した基材を用いた。第１の硬質皮膜の平滑化処理までは、本発明例１２と同様とした。
第１の硬質皮膜を平滑化処理した後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約３．０μｍのＣｒＮを被覆し、続けて、約４．０μｍのＣｒＳｉＢＮを被覆して（ターゲットの組成は、本発明例１０と同じ）、第２の硬質皮膜を被覆した。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００４５】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１４＞
窒化処理して、約５０μｍの窒化層を形成した基材を用いた。それ以外は本発明例１３と同じとした。【００４６】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１５＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１０と同様とした。
第１の硬質皮膜を被覆した後、第１の硬質皮膜の表面をボンバード処理で平滑化処理するために、基材に印加する負のバイアス電圧を−５００Ｖとし、Ａｒガスを用いたボンバード処理を４５分間実施した。
第１の硬質皮膜を平滑化処理した後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約３．０μｍのＣｒＮを被覆し、続けて、約４．０μｍのＣｒＳｉＢＮを被覆して（ターゲットの組成は、本発明例１０と同じ）、第２の硬質皮膜を被覆した。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００４７】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１６＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１０と同様とした。
第１の硬質皮膜を被覆した後、第１の硬質皮膜の表面をボンバード処理で平滑化処理するために、基材に印加する負のバイアス電圧を−５００Ｖとし、Ａｒガスを用いたボンバード処理を６０分間実施した。
第１の硬質皮膜を平滑化処理した後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約７．０μｍのＣｒＳｉＢＮからなる第２の硬質皮膜を被覆した（ターゲットの組成は、本発明例１０と同じとした）。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００４８】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１７＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１と同様とした。
第１の硬質皮膜を被覆した後、第１の硬質皮膜の表面をボンバード処理で平滑化処理するために、基材に印加する負のバイアス電圧を−５００Ｖとし、Ａｒガスを用いたボンバード処理を６０分間実施した。
第１の硬質皮膜を平滑化処理した後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約３．０μｍのＣｒＮを被覆し、続けて、約４．０μｍのＣｒＳｉＢＮを被覆し（ターゲットの組成は、本発明例１０と同じ）、第２の硬質皮膜を被覆した。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００４９】
＜本発明例  試料Ｎｏ．１８＞
第１の硬質皮膜の被覆までは、本発明例１と同様とした。
第１の硬質皮膜を被覆した後、第１の硬質皮膜の表面をボンバード処理で平滑化処理するために、基材に印加する負のバイアス電圧を−７００Ｖとし、Ａｒガスを用いたボンバード処理を３０分間実施した。
第１の硬質皮膜を平滑化処理した後、窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度５００℃、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約３．０μｍのＣｒＮを被覆し、続けて、約４．０μｍのＣｒＳｉＢＮを被覆し（ターゲットの組成は、本発明例１と同じ）、第２の硬質皮膜を被覆した。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００５０】
＜比較例  試料Ｎｏ．１０＞
炉内に窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約５．０μｍのＣｒＮを被覆し、続けて、約５．０μｍのＣｒＳｉＢＮを被覆した。ターゲットには、Ｃｒ９２Ｓｉ３Ｂ５の組成のものを用いた（数字は原子比率、以下同様である）。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００５１】
＜比較例  試料Ｎｏ．１１＞
炉内に窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、約１３．０μｍのＴｉＡｌＮを被覆した。用いたターゲットの組成は、Ｔｉ５０Ａｌ５０とした。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００５２】
＜比較例  試料Ｎｏ．１２＞
窒化処理して、約１００μｍの窒化層を形成した基材を用いた。
炉内に窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、個々の膜厚が１０ｎｍ以下でＶＮとＡｌＣｒＳｉＮとが交互に積層した約１２．０μｍの積層皮膜を被覆した。ＡｌＣｒＳｉＮの被覆に用いたターゲットの組成は、Ａｌ６０Ｃｒ３７Ｓｉ３とした。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００５３】
＜比較例  試料Ｎｏ．１３＞
炉内に窒素ガスを導入し、基材に−１２０Ｖのバイアス電圧を印加し、反応ガス圧力３．０Ｐａの条件で、個々の膜厚が１０ｎｍ以下でＶＮとＡｌＣｒＳｉＮとが交互に積層した約１２．５μｍの積層皮膜を被覆した。ＡｌＣｒＳｉＮの被覆に用いたターゲットの組成は、比較例１２と同じＡｌ６０Ｃｒ３７Ｓｉ３とした。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００５４】
＜比較例  試料Ｎｏ．１４＞
窒化処理して、約１００μｍの窒化層を形成した基材を用いた。比較例１４は、基材を窒化処理したのみで、硬質皮膜を設けていない。最後に、本発明例１０で示した上記の平滑化処理を行った。【００５５】
＜表面粗さ評価＞
本発明例および比較例は何れも第２の硬質皮膜の表面または基材の表面を研磨し、算術平均粗さＲａを０．０４μｍ、かつ最大高さＲｚを０．０５μｍとした。基材及び硬質皮膜の表面粗さは、株式会社東京精密製の接触式面粗さ測定器ＳＵＲＦＣＯＭ４８０Ａを用いて、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に従って、評価長さが４．０ｍｍ、測定速度が０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値が０．８ｍｍの条件で測定した。【００５６】
＜耐溶損性評価＞
アルミニウムの７２０℃の溶湯中に、本発明例および比較例を２０時間漬し、光学顕微鏡により溶損の有無を確認した。また、試験前後の質量を測定して、溶損率（％）を確認した。表３に試料作製条件及び試験結果を纏めて示す。【００５７】
【表３】
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【００５８】
表１に示すように、第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理した本発明例は、平滑化処理をしていない比較例に比べて溶損率（％）が低くなり、耐溶損性に優れることを確認した。特に、平滑化処理する工程で、研磨した本発明例１０、１１及び基材に印加するバイアス電圧を−５００Ｖとし、３０分間のアルゴンボンバード処理した本発明例１２〜１４は、溶損率（％）が０％であり優れた耐溶損性を示した。また、基材に窒化処理を施した本発明例１１〜１４は、溶損率が０％であり優れた耐溶損性を示した。
図３に本発明例１０〜１２の耐溶損性評価後の光学顕微鏡による外観観察写真を示す。図４に本発明例１３〜１５の耐溶損性評価後の光学顕微鏡による外観観察写真を示す。図５に本発明例１６〜１８の耐溶損性評価後の光学顕微鏡による外観観察写真を示す。特に優れた耐溶損性を示した本発明例１０〜１４は、先端部および側面部に溶損が確認されていない。
図６に比較例１０〜１２の耐溶損性評価後の光学顕微鏡による外観観察写真を示す。図７に比較例１３、１４の耐溶損性評価後の光学顕微鏡による外観観察写真を示す。比較例は先端部および側面部の何れも大きな溶損が確認された。
第１の硬質皮膜の表面を平滑化処理する工程を介することで、耐溶損性が向上することが確認された。
【図１】
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【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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【図７】
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【国際調査報告】
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