(57)【要約】【課題】高硬度で耐摩耗特性に優れ、皮膜表面の潤滑性、耐焼付き性に優れ、基体との優れた密着性を有する被覆摺動部材を提供することを目的とする。【解決手段】被覆摺動部材において、該被覆はアーク放電式イオンプレーティング法により被覆された硬質皮膜であり、該硬質皮膜は（ＡｌｘＣｒ１−ｘ−ｙＳｉｙ）（Ｎ１−α−β−γＢαＣβＯγ）、但し、ｘ、ｙ、α、β、γは夫々原子比率を示し、０．４５＜ｘ＜０．７５、０≦ｙ＜０．２、０≦α＜０．１２、０≦β＜０．２、０．０１≦γ≦０．２５、からなり、回折強度Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．５以上、６以下からなり、Ｘ線光電子分光分析における５２５ｅＶから５３５ｅＶの範囲に、少なくともＣｒ、Ａｌ及び／又はＳｉと酸素との結合エネルギーを有し、該摺動部材の基体は合金工具鋼からなり、ＶとＣｏの和が重量％で０．０５≦（Ｖ＋Ｃｏ）≦７、Ｃｒが重量％で０．８≦Ｃｒ≦５．５、としたことを特徴とする被覆摺動部材である。【選択図】図１
2004277782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆摺動部材において、該被覆はアーク放電式イオンプレーティング法により被覆された硬質皮膜であり、該硬質皮膜は（ＡｌｘＣｒ１−ｘ−ｙＳｉｙ）（Ｎ１−α−β−γＢαＣβＯγ）、但し、ｘ、ｙ、α、β、γは夫々原子比率を示し、０．４５＜ｘ＜０．７５、０≦ｙ＜０．２、０≦α＜０．１２、０≦β＜０．２、０．０１≦γ≦０．２５、からなり、Ｘ線回折における（１１１）面の回折強度をＩ（１１１）、（２００）面の回折強度をＩ（２００）とした時、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．５以上、６以下からなり、Ｘ線光電子分光分析における５２５ｅＶから５３５ｅＶの範囲に、少なくともＣｒ、Ａｌ及び／又はＳｉと酸素との結合エネルギーを有し、該摺動部材の基体は合金工具鋼からなり、ＶとＣｏの和が重量％で０．０５≦（Ｖ＋Ｃｏ）≦７、Ｃｒが重量％で０．８≦Ｃｒ≦５．５、としたことを特徴とする被覆摺動部材。
【請求項２】
請求項１記載の被覆摺動部材において、該硬質皮膜のＸ線回折における（２００）面回折ピークの２θの半価幅が、０．５度以上、１度以下であることを特徴とする被覆摺動部材。
【請求項３】
請求項１、請求項２いずれかに記載の被覆摺動部材において、該硬質皮膜はナノインデンテーションによる硬度測定により求められる弾性回復率Ｅが、３０％≦Ｅ＜４０％であることを特徴とする被覆摺動部材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３いずれかに記載の被覆摺動部材において、該硬質皮膜のＸ線回折により、該硬質皮膜に含まれるＣｒの立方晶系化合物とＡｌの六方晶系化合物のピークが検出され、該Ｃｒの立方晶系化合物の（２００）面ピーク強度をＱ１、Ａｌの六方晶系化合物の（００１）面ピーク強度をＱ２とした時、ピーク強度比Ｑ２／Ｑ１の値が、０≦Ｑ２／Ｑ１≦０．３となることを特徴とする被覆摺動部材。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４いずれかに記載の被覆摺動部材において、該硬質皮膜表面の凸部を機械的処理により、平滑にしたことを特徴とする被覆摺動部材。
【請求項６】
請求項１記載の被覆摺動部材において、該被覆摺動部材の基体の合金工具鋼は、Ｃが重量％で０．２≦Ｃ≦０．６％、Ｓｉが重量％で１．２％以下、Ｍｎが重量％で０．５％以下、硬さがＨＲＣ４２以上、ＨＲＣ６０未満であることを特徴とする被覆摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、鍛造金型、プレス金型、粉末成形金型などの被覆摺動部材、軸受け、ロールなど高硬度が要求される耐摩耗部材の被覆摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＣｒ系皮膜は、耐高温酸化特性に優れた硬質皮膜材として、下記に示す特許文献１から３が開示されている。
【特許文献１】特許第３０２７５０２号公報（第６頁、図１）
【特許文献２】特許第３０３９３８１号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開平２００２−１６０１２９号公報（第３頁、図１）
【０００３】
特許文献１は金属成分としてＡｌＣｒとＣ、Ｎ、Ｏの１種より選択されるＡｌＣｒ系硬質膜において、高硬度を有する非晶質膜に関する事例が開示されている。しかし、この非晶質膜の硬度は最大でもヌープ硬さ２１ＧＰａ程度であり、耐摩耗効果は期待できず、密着性に関しても十分ではない。特許文献２及び特許文献３に開示されている硬質皮膜はＡｌＣｒの窒化物であり、約１０００℃の耐高温酸化特性を有しているが、１０００℃以上の耐酸化特性の検討は行われていない。硬度はＨＶ２１ＧＰａ程度で硬度の改善が不十分であり耐摩耗性、皮膜の潤滑性に乏しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は上記の問題点を解決し、高硬度で耐摩耗特性に優れ、皮膜表面の潤滑性、耐焼付き性に優れ、基体との優れた密着性を有する被覆摺動部材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するために手段】
本願発明は、被覆摺動部材において、該被覆はアーク放電式イオンプレーティング法により被覆された硬質皮膜であり、該硬質皮膜は（ＡｌｘＣｒ１−ｘ−ｙＳｉｙ）（Ｎ１−α−β−γＢαＣβＯγ）、但し、ｘ、ｙ、α、β、γは夫々原子比率を示し、０．４５＜ｘ＜０．７５、０≦ｙ＜０．２、０≦α＜０．１２、０≦β＜０．２、０．０１≦γ≦０．２５、からなり、Ｘ線回折における（１１１）面の回折強度をＩ（１１１）、（２００）面の回折強度をＩ（２００）とした時、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．５以上、６以下からなり、Ｘ線光電子分光分析における５２５ｅＶから５３５ｅＶの範囲に、少なくともＣｒ、Ａｌ及び／又はＳｉと酸素との結合エネルギーを有し、該摺動部材の基体は合金工具鋼からなり、ＶとＣｏの和が重量％で０．０５≦（Ｖ＋Ｃｏ）≦７、Ｃｒが重量％で０．８≦Ｃｒ≦５．５、としたことを特徴とする被覆摺動部材である。上記構成を採用することにより、硬質皮膜を高硬度化することが可能となり耐摩耗性を改善し、また皮膜表面の潤滑性、耐焼付き性を向上させ、基体との密着性も改善し、本発明の被覆摺動部材を完成させた。
【０００６】
本発明に用いる硬質皮膜は、Ｘ線回折における（２００）面回折ピークの２θの半価幅が、０．５度以上、１度以下の広がりを有する場合、皮膜硬度並びに耐酸化性改善への寄与が大きい。また、ナノインデンテーションによる硬度測定法により接触深さと最大荷重時の最大変位量が求められる（Ｗ．Ｃ．Ｏｌｉｖｅｒａｎｄ、Ｇ．Ｍ．Ｐｈａｒｒ：Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ１９９２、１５６４−１５８３）。
この数値を用いて、
Ｅ＝１００−｛（接触深さ）／（最大荷重時の最大変位量）｝
の数式で、弾性回復率Ｅを定義し、３０％≦Ｅ＜４０％とすることにより、耐摩耗性と密着性のバランスが最適となる。Ｘ線回折によるＣｒの立方晶系化合物とＡｌの六方晶系化合物のピークが検出され、該Ｃｒの立方晶系化合物の（２００）面ピーク強度をＱ１、Ａｌの六方晶系化合物の（００１）面ピーク強度をＱ２とした時、ピーク強度比Ｑ２／Ｑ１の値が、０≦Ｑ２／Ｑ１≦０．３とすることは、皮膜硬度を向上させることに有効である。また、該硬質皮膜の硬質皮膜表面の凸部を機械的処理により平滑にすると、表面の摩擦係数が低減し、これによって、耐焼付き性が改善される。本発明に用いる合金工具鋼は、Ｃが重量％で０．２≦Ｃ≦０．６％、Ｓｉが重量％で１．２％以下、Ｍｎが重量％で０．５％以下、硬さがＨＲＣ４２以上、ＨＲＣ６０未満であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる硬質皮膜を構成する金属元素の組成は、（ＡｌｘＣｒ１−ｘ−ｙＳｉｙ）においてｘが０．４５＜ｘ＜０．７５、ｙが０≦ｙ＜０．２を満足する必要がある。ｘの値が０．４５以下では皮膜硬度並びに耐高温酸化特性の改善効果が十分ではなく、ｘの値が０．７５以上、ｙの値が０．２以上では、残留圧縮応力が過大になり、被覆直後に自己破壊を誘発する場合がある。非金属元素の組成は、（Ｎ１−α−β−γＢαＣβＯγ）において、αは０．１２以上では皮膜が脆化し、好ましいαの上限値は０．０８である。硼素の添加は被加工物との耐溶着性と高温環境下での摩擦係数を低減し、潤滑性を向上させる効果があり好ましい。βは、０．２以上で皮膜は脆化する。好ましいβの上限値は０．１６である。炭素の添加は硬質皮膜の硬度を高め、摩擦係数を低減し、潤滑性を向上させ、耐焼付き性に効果がある。γは０．０１以上、０．２５以下にすることが必要である。γが０．０１未満では、添加効果を得ることができず、０．２５を超えて大きくなると皮膜硬度は低下し、耐摩耗性に乏しくなる。好ましくは、γは、０．０５以上０．２以下である。酸素の添加は、基体と皮膜との密着性向上、皮膜が緻密化することによる高硬度化、酸化物形成により耐高温酸化性の改善と、酸化物による表面潤滑性、耐焼付き性の改善に効果的である。金属元素のＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉに対する非金属元素のＮ、Ｂ、Ｃ、Ｏの比は、化学量論的に（Ｎ、Ｂ、Ｃ、Ｏ）／（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ）＞１．１がより好ましい。
【０００８】
本発明に用いる硬質皮膜のＸ線回折における（１１１）面の回折強度をＩ（１１１）、（２００）面の回折強度をＩ（２００）とした時に、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．５以上、６以下としたのは、皮膜の密着性は残留圧縮応力に強く依存し、この残留圧縮応力は成膜条件であるイオンエネルギーに強く依存している。即ち、イオンエネルギーが低い条件下では皮膜の残留圧縮応力は低い結果となる。逆に、イオンエネルギーが高い条件下では皮膜の残留圧縮応力は高い結果となる。ここで、イオンエネルギーを決定する要素は、具体的には成膜条件であるバイアス電圧、反応ガス圧力であり、これによって制御することができる。本発明の皮膜は、残留圧縮応力が高い場合、Ｘ線回折において皮膜は（１１１）面に強く配向し、皮膜の硬度も、この高い残留圧縮応力の影響を受けて高硬度とする事が可能となる。一方、硬質皮膜内の残留圧縮応力を高くすると、皮膜の高硬度化を達成できるが、基体と皮膜界面とのせん断応力が増大する方向に作用するため、密着性を損なうこととなり、好ましくない。従って、基体と皮膜との密着性、及び皮膜硬度とのバランスを最適に制御することが重要となる。Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．５未満となると、皮膜の残留圧縮応力が大きくなりすぎて、密着性が急激に低下し、摺動部材に適用する硬質皮膜としては満足な性能を得ることが出来ないのである。Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が６を超えて大きくなると、皮膜の硬度が急激に低下し、摺動部材に適用する硬質皮膜としては満足な性能を得ることが出来ないのである。更に、皮膜の潤滑性に影響を与える皮膜表面の面粗さに着目すると、面粗さが小さいことが好ましい。そのため、皮膜を可能な限り（１１１）面に結晶配向させ、柱状結晶構造における結晶粒を膜厚方向に細長い構造とすることによって皮膜表面の面粗さを低減させることが、皮膜の潤滑性能を増加させる事に効果的である。皮膜の潤滑性の改善に有効な結晶粒の構造を考慮して、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が６以下とすることにより、適正に維持することを可能にした。そこで、０．５以上、６以下の値に限定した。
【０００９】
該硬質皮膜は、Ｘ線光電子分光分析にて、５２５ｅＶから５３５ｅＶにＣｒ、Ａｌ及び／又はＳｉと酸素との結合エネルギーを有することが必要であり、皮膜が緻密化し、酸化雰囲気において酸素の拡散経路となる結晶粒界が不明瞭となり、内向拡散し難くする機能を有する。Ｃｒ、Ａｌ及び／又はＳｉが窒化物、酸化物もしくは酸窒化物の状態で存在しているため、硬質皮膜に潤滑性を付与する効果を示し、更に緻密化し高硬度を有する。本発明の硬質皮膜の特徴である、Ｃｒ、Ａｌ及び／又はＳｉと酸素との結合状態を形成するには、一定以上の酸素を含有させることが必要である。基体にバイアス電圧を印加すると、密着性を一段と高めることができる。成膜条件は、ガス圧を１．５〜５．０Ｐａ、被覆基体温度を３５０〜７００℃、バイアス電圧を−１５〜−３００Ｖのバイアス電圧とすることが好ましく、この範囲において皮膜の高硬度化、摩擦係数低減による潤滑性の改善、密着性の改善に効果的であり、優れた緻密な硬質皮膜が得られる。
【００１０】
本発明の被覆摺動部材に用いる合金工具鋼は、ＶとＣｏの和が、重量％で０．０５≦（Ｖ＋Ｃｏ）≦７、Ｃｒが重量％で０．８≦Ｃｒ≦５．５の範囲とする。合金工具鋼中のＶ及びＣｏは、硬度及び耐熱強度を決定する添加元素であると同時に靭性と耐摩耗性を決定する添加元素でもある。０．０５重量％未満の場合は、高温環境下における基体強度が十分ではなく、摺動部材の寿命は不安定であった。これは、使用過程において摺動部材に塑性変形を生じるためである。一方、７重量％を越える場合は、硬質皮膜内に発生する残留圧縮応力の緩和が不十分であり、密着性が十分ではなく、微細な皮膜剥離が発生する場合があり、摺動部材の１部にチッピングや欠けが発生してしまい短寿命を招いた。Ｃｒは、合金工具鋼の熱処理性を高め、硬さを充分に高めるため上記の範囲とした。基体中のＶ、Ｃｏ及びＣｒが上記範囲を満足する場合、合金工具鋼中のマトリックスの耐熱強度も優れる。本発明の硬質皮膜の密着性に及ぼす影響を考慮した結果、基体中のＶ、ＣｏとＣｒの含有量を上記範囲内に決定した。この範囲内であれば、上記硬質皮膜内に発生する残留圧縮応力に対して、基体内部で緩和することが可能であり密着性に優れ、該硬質皮膜の優れた潤滑性、耐焼き付き性と高硬度である特性を充分に発揮することができる。これらの構成により、摺動部材の潤滑性、耐焼付き性を改善し、長寿命化を達成することが可能となる。
【００１１】
本発明に用いる硬質皮膜の結晶粒のアスペクト比について、硬質皮膜の柱状結晶構造をした皮膜破断面の膜厚Ｔについて、Ｔの２５％から５０％の厚みであるＴ１に相当する上下膜厚方向の上端位置と下端位置を求める。この時、上端位置と下端位置は、Ｔ／２に相当する基準位置より上下膜厚方向に略均等となる様に割り振る。各上下端位置における水平方向の上端側粒径Ｋと下端側粒径Ｌを求める。そこで、アスペクト比をＴ１／（（Ｋ＋Ｌ）／２）とすると、柱状結晶構造からなる該硬質皮膜の結晶粒のアスペクト比が、１．２から５であることが好ましい。アスペクト比が５を超えて大きくなると、結晶粒が膜厚方向に細長くなり、皮膜の靭性が低下し好ましくない。１．２未満では粒状結晶が増加する傾向となり、皮膜硬度が低下して好ましくない。更に、該硬質皮膜に残留する残留圧縮応力が、１ＧＰａ以上、５ＧＰａ以下であることが、硬質皮膜に靭性を持たせ、皮膜硬度と基体密着性とのバランスに適した範囲となり、性能の改善に効果的である。
【００１２】
ナノインデンテーションによる硬度測定法によるＥは、３０％≦Ｅ＜４０％であり、皮膜の成膜条件であるバイアス電圧、反応ガス圧やその分圧比、成膜時の基体温度を最適に制御することにより達成できる。Ｅが４０％以上の場合、硬質皮膜内に残留圧縮応力が高くなり過ぎて靭性に乏しくなり密着性を劣化させる。３０％未満の場合は強度不足による異常摩耗等により耐摩耗性が十分でない。好ましいＥの値は３２％〜３８％である。
【００１３】
本発明に用いる硬質皮膜のＣｒの立方晶系化合物ピーク強度をＱ１、Ａｌの六方晶系化合物のピーク強度をＱ２とした時、ピーク強度比Ｑ２／Ｑ１の値が０．３を超えて大きくなると、硬度が急激に低下するとともに、潤滑性を有するＣｒの立方晶系化合物が減少し、皮膜のもつ潤滑性が低下する。そこで、Ｑ２／Ｑ１の値が０．３以下とすることは、必要な皮膜硬度を得ることと、潤滑性を維持することに有効であり好ましい。更には、本発明に用いる硬質皮膜を被覆した被覆基体表面を、研磨面や研削面に沿った硬質皮膜表面の凸部や、被覆中に発生したマクロ粒子等の付着により凸部が形成される場合があるため、その凸部を機械的処理により平滑にすることにより、潤滑性や耐焼付き性に更に優れ望ましい。
【００１４】
本発明被覆摺動部材の基体として用いる合金工具鋼中のＣは、硬質皮膜が基体表面の炭化物よりエピタキシャルに成長する為、優れた密着性を有するのに効果がある。Ｃが０．２％未満ではその密着性向上の効果が得られず、またＣの量が多きすぎると基体の靭性が低下する。そこで、０．２≦Ｃ≦０．６％であることが好ましい。合金工具鋼中のＳｉ及びＭｎは脱酸剤として添加するが、Ｓｉ及びＭｎの量があまりに多いと靭性が低下する。そこで、Ｓｉを重量％で１．２％以下、Ｍｎを重量％で０．５％以下であることが好ましい。合金工具鋼の硬さは、ＨＲＣ４２以上、ＨＲＣ６０未満であることが好ましい。基体がＨＲＣ４２未満となる場合、過酷な使用環境下において摺動部材が塑性変形を伴った摩耗進行も確認され、強度が十分ではなく好ましくない。また、ＨＲＣ６０以上となる場合は、摺動部材のチッピングや欠けを生じる場合があり、好ましくない。更に、本発明に用いる硬質皮膜において、金属成分の４原子％未満を周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族の金属成分の１種以上で置き換えた場合も同様な効果が確認されている。以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
成膜には酸素含有の合金ターゲットを用い、反応ガスを真空装置内に導入し全圧を３．０Ｐａ、バイアス電圧を−１００Ｖ、被覆温度を４５０℃とし、膜厚を約５μｍとし、（Ａｌ０．６Ｃｒ０．４）（Ｎ０．８０Ｂ０．０２Ｃ０．０８Ｏ０．１０）を成膜し、本発明例１とした。皮膜組成は、電子プローブＸ線マイクロアナリシス及びオージェ電子分光法により決定した。Ｘ線光電子分光分析は、ＰＨＩ社製１６００Ｓ型Ｘ線光電子分光分析装置を用いて分析した。本発明例１のＸ線光電子分光分析結果を図１に示す。図１は結合エネルギーが５３０ｅＶ近傍のナロースペクトル示し、Ｃｒ−Ｏ及びＡｌ−Ｏの結合の存在を示す。図２はＣｒ−Ｎ及びＣｒ−Ｏの結合の存在を示す。図３はＡｌ−Ｎ及びＡｌ−Ｏの結合の存在を示す。図４のＸ線回折結果は、強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．５以上、６以下からからなっていることを示す。
【００１６】
（実施例２）
実施例１と同様に、（ＡｌｘＣｒ１−ｘ−ｙＳｉｙ）（Ｎ０．９２Ｃ０．０３Ｏ０．０５）を成膜し、比較例２、ｘ＝０．２０、ｙ＝０、比較例３、ｘ＝０．３０、ｙ＝０、本発明例４、ｘ＝０．５０、ｙ＝０、本発明例５、ｘ＝０．６０、ｙ＝０、本発明例６、ｘ＝０．７０、ｙ＝０、比較例７、ｘ＝０．８０、ｙ＝０及び（ＡｌｘＣｒ１−ｘ）Ｎ系の従来例８、ｘ＝０．２０、従来例９、ｘ＝０．５０、従来例１０、ｘ＝０．７０、を製作し、押込硬さを測定した。試験機は微小押込み硬さ試験機を用い、圧子はダイヤモンド製の対稜角１１５度の三角錐圧子を用い、最大荷重を４９ｍＮ、荷重負荷ステップ４．９ｍＮ／ｓｅｃ、最大荷重時の保持時間は１秒とした。測定値は１０点測定の平均値を示した。図５より、本発明例４〜６、Ａｌ添加量、４５〜７５原子％の範囲で、酸素を含有しない系より高硬度を示した。本発明に用いる硬質皮膜は、酸素を含有することにより高硬度となり、４０ＧＰａ以上を得ることが出来る。これによって密着性並びに耐摩耗性に優れた硬質皮膜が得られる。
【００１７】
（実施例３）
合金工具鋼を基体に用い、表１に示す皮膜組成の、本発明例１２〜２２、比較例２３〜３０及び従来例１０を製作した。アークイオンプレーティング法による被覆条件は、被覆基体温度４５０℃、反応圧は３．５Ｐａでバイアス電圧を−１５０Ｖの条件で被覆処理を行なった。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１の試料を用いて、大気中１１００℃の酸化条件で処理した皮膜の酸化層、実施例２同様に微小押込み硬さ、薄板の変形量より算出した残留圧縮応力、弾性回復率を測定した。先ず、酸化層厚さは、本発明例１２〜２２は、殆ど酸化進行が無く、耐高温酸化特性に優れていることが確認された。従来例１０は酸化進行が著しく硬質皮膜は殆ど酸化物となり、酸素の内向拡散が基体まで達していた。残留応力は、本発明例１２〜２２は低く、更に、図６に示す、本発明例１２及び従来例１０の荷重変位曲線より、本発明例１２は、最大荷重時における最大変位量が大きく、塑性変形量が小さく、同一応力が硬質皮膜に作用した際、弾性回復する割合が大きく塑性変形し難いことを示す。この荷重変位曲線よりＥを求めた。Ｅが大きい程弾性回復特性に優れる。表１より、本発明例１２〜２２は弾性回復特性に優れ、硬質皮膜の剥離やクラックの低減が可能となり、密着性に優れた硬質皮膜を得ることができる。これは、皮膜硬度差よりも大きな効果がある。次に、圧痕試験による皮膜剥離状況も表１に併記する。測定はロックウェル硬度計により１４７０Ｎの荷重で圧痕を形成し、光学顕微鏡により観察した。本発明例１２〜２２は剥離が無く、優れた密着性を示した。これは本発明例が適正なＥ値の範囲内にあるためである。比較例２３〜３０、従来例１０は被覆基体の塑性変形に追従することができず、圧痕周辺部に膜剥離が発生した。
【００２０】
（実施例４）
熱間鍛造加工用金型として、表２の各種合金工具鋼−（Ｖ＋Ｃｏ）量、Ｃｒ量及び硬さ、を基体としたを用い、製作した。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
被覆前にバリ、カエリ及び機械加工面をダイヤモンド粒子もしくはアルミナ粒子等を投射することにより研磨加工し、表面を脱脂するためにアルカリ洗浄液中で８分間洗浄し、純水で中和洗浄した。アークイオンプレーティング装置内にセットし、真空中４５０℃で１時間の脱ガス加熱工程を実施し、Ａｒイオンによる被覆基体のクリーニング処理を行った。表１、本発明例１２〜２２、比較例２３〜３０及び従来例１０の組成からなる皮膜を１．３μｍの厚さで被覆した。本発明例、従来例の被覆条件は、被覆基体温度４３０℃、反応ガス圧は１．５Ｐａでバイアス電圧を−４０Ｖの条件で被覆処理を行った。得られた被覆金型を用いて、被加工材の寸法誤差が±０．０５ｍｍの範囲を越えた寸法変化が生じた時のショット回数を表２に併記する。
（成形条件）
方法：熱間鍛造金型加工
被加工材：ＳＣＭ４１５（肉厚２５ｍｍ）
加熱温度：１１００℃
仕上温度：８５０℃
【００２３】
表２より、本発明例１２〜２２の合金工具鋼を基体とした被覆金型は、従来例１０と比較して、被加工材の寸法誤差が±０．０５ｍｍの範囲を外れるに至るまでのショット数が多く、耐摩耗性に優れている。本発明例２０は被覆後にダイヤモンド粒子を含有した粒子を工具すくい面に投射することにより、皮膜表面を平滑にしたが、本発明例１２と比較しても、より金型寿命が延長している。比較例２３は被覆条件をバイアス電圧−５００Ｖで被覆した硬質皮膜のＸ線回折による最強強度面指数が（２２０）面を示し、Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が６．２となり、本発明例に比べて金型寿命が短い。比較例２６はターゲットに含有する酸素濃度が１８００ｐｐｍからなるターゲットを使用した例で、Ｘ線光電子分光分析により酸化物としての結合状態が確認されない場合を示し、本発明例に比べて金型寿命が短い。比較例２７は皮膜のＡｌ含有量が２０原子％の場合であり、弾性回復率は３０％以下となり、ショット数が少なく、金型寿命が短い。比較例２８は皮膜のＡｌ含有量が８０原子％の場合であり、ショット数が少なく、金型寿命が短い。比較例２９は皮膜の酸素含有量が５５原子％の場合であるがショット数が少なく、金型寿命が短い。比較例３０は皮膜のＳｉ含有量が３４原子％の場合であるが耐摩耗性が十分ではない。本発明例１２、１３、１４はそれぞれ基体の（Ｖ＋Ｃｏ）の値が異なる場合であるが、従来例１０に比べ、工具寿命が長い。比較例２４の基体中の（Ｖ＋Ｃｏ）の値が０．０３重量％の場合は金型の１部に塑性変形を生じ、基体強度が十分ではなく、チッピングが多発した。比較例２５の基体中の（Ｖ＋Ｃｏ）の値が７．２重量％の場合は微小な皮膜剥離が観察され、高硬度を有する硬質皮膜との密着性が悪く、不安定な摩耗状態であり、十分に発揮できなかった。本発明例１５は基体の硬度がＨＲＣ４１．８であるが従来例１０に比べ工具寿命が長い。更に、比較例２８、３０は半価幅が１度以上となり、耐摩耗性が十分ではなく、金型寿命が短い。また、結晶粒径のアスペクト比についても、比較例２８、３０が５を超えて大きくなっている。これらは、皮膜の（１１１）面配向が強い為、残留圧縮応力も高くなって皮膜の密着性が低下したことが短寿命となった原因と考えられる。更に比較例２８はピーク強度比Ｑ２／Ｑ１の値が、０．３を超えて大きい値を示した。このことは、膜組成におけるＡｌ含有量の多いため、Ａｌの六方晶系化合物の含有割合が増加したためである。これによって、皮膜の硬度が低下し、十分な耐摩耗性が得られなかった。被覆前にプラズマ窒化し、その後の本発明皮膜を被覆した本発明例２１は、未処理の本発明例１９に比べ著しく耐久性が向上した。上述のように、被覆金型による熱間鍛造加工においては、被覆基体の影響がかなり大きいことが明らかである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明を適用することにより、金型を用いた成形加工において優れた耐摩耗性が得られ、皮膜も潤滑性を発揮することから、飛躍的にその耐久性を向上させることが可能となり、優れた被覆摺動部材を得ることができた。これより、上記特性が要求される産業上の各分野において大幅な製造コスト低減が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明例のＣｒ−Ｏ及びＡｌ−Ｏの結合エネルギーを示す。
【図２】図２は、本発明例のＣｒ−Ｎ及びＣｒ−Ｏの結合エネルギーを示す。
【図３】図３は、本発明例のＡｌ−Ｎ及びＡｌ−Ｏの結合エネルギーを示す。
【図４】図４は、本発明例のＸ線回折結果を示す。
【図５】図５は、本発明例と従来例のＡｌ添加量と皮膜硬度の関係を示す。
【図６】図６は、本発明例１２及び従来例１０の荷重変位曲線を示す。
【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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