JPH08193261A - Metallic working jig and formation of surface film thereof - Google Patents
Metallic working jig and formation of surface film thereofInfo
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- JPH08193261A JPH08193261A JP337495A JP337495A JPH08193261A JP H08193261 A JPH08193261 A JP H08193261A JP 337495 A JP337495 A JP 337495A JP 337495 A JP337495 A JP 337495A JP H08193261 A JPH08193261 A JP H08193261A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プレスなどの塑性加工
用やダイカストなどの鋳造用の金型若しくはドリル、エ
ンドミル、ホブ、切削チップなどの工具の金属加工治具
及びその表面皮膜形成方法に係り、特に、表面硬質皮膜
を有する金属加工治具及びその表面皮膜形成方法に関す
るものである。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a metal working jig for a tool such as a metal mold or a drill, an end mill, a hob, and a cutting tip for plastic working such as pressing and casting for die casting, and a method for forming a surface coating thereof. In particular, the present invention relates to a metal working jig having a hard surface coating and a method for forming the surface coating.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、一般プレス金型や、ダイカス
ト金型の場合には、型内工具鋼のＪＩＳ規格ＳＫＤ６１
などに、炭化チタンを化学蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 以下「ＣＶＤ」と
略す。）により、５〜６μｍ形成して、金型寿命向上を
はかっている。また、切削工具には、超硬やハイスチッ
プ上に、炭化チタンや窒化チタンの単相、あるいは複合
膜を物理蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ 以下「ＰＶＤ」と略す。）や、ＣＶ
Ｄにより、２〜４μｍの厚さに形成して、刃具の寿命を
向上させている。2. Description of the Related Art Conventionally, in the case of general press dies and die casting dies, JIS standard SKD61 of tool steel in a die is used.
Titanium carbide is used for chemical vapor deposition (Chemical vapor deposition)
Vapor Deposition hereinafter abbreviated as "CVD". 5) to 5 μm to improve the life of the mold. Further, as a cutting tool, a single phase or a composite film of titanium carbide or titanium nitride is formed on a carbide or high speed chip by a physical vapor deposition method (Physical Vapor Deposition).
Position Abbreviated as "PVD" below. ), CV
According to D, it is formed to a thickness of 2 to 4 μm to improve the life of the cutting tool.
【０００３】しかし、ＣＶＤでは、９００℃〜１１００
℃と高温処理のため、型変形が大きく、また、表面粗さ
が粗く、ＰＶＤでは、低温処理（２５０℃〜５５０℃）
のため、型変形は少ないが、ＣＶＤに比べ基材との境界
面における密着力が弱いという欠点により、型寿命の低
下の原因となっている。なお、ＰＶＤでは、皮膜の摩耗
のみでなく、皮膜の剥離現象を生じていた。However, in CVD, 900 ° C. to 1100
Due to the high temperature treatment at ℃, the mold deformation is large, and the surface roughness is rough. With PVD, low temperature treatment (250 ℃ ~ 550 ℃)
Therefore, although the mold deformation is small, the mold life is shortened due to the defect that the adhesive strength at the boundary surface with the substrate is weaker than that of the CVD. In addition, in PVD, not only abrasion of the coating but also peeling phenomenon of the coating occurred.
【０００４】ＰＶＤの密着力の弱さを改善する技術とし
て、特開平５−４４０１６号公報に記載のように、基材
に炭素イオンを注入した後、チタンの中間層を形成し、
その上面に窒化チタンの皮膜を形成する方法が知られて
いる。窒化チタン皮膜形成時の成膜温度（約４００℃）
によって、中間層であるチタンが熱拡散によって炭化チ
タンへと変化する。この中間層である炭化チタンの働き
によって、基材と窒化チタン間の密着力を増そうとする
ものである。As a technique for improving the weak adhesion of PVD, as described in JP-A-5-44016, after carbon ions are implanted into a substrate, a titanium intermediate layer is formed,
A method of forming a titanium nitride film on the upper surface thereof is known. Film formation temperature (about 400 ° C) when forming titanium nitride film
As a result, titanium, which is the intermediate layer, is converted into titanium carbide by thermal diffusion. The function of this intermediate layer of titanium carbide is to increase the adhesion between the base material and titanium nitride.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法にお
いては、基材と中間層間では、炭素の熱拡散が起こるの
で、密着力は向上しているが、中間層である炭化チタン
と表面層である窒化チタン間では密着力の向上は期待出
来ないものである。However, in this method, since the thermal diffusion of carbon occurs between the base material and the intermediate layer, the adhesion is improved, but in the intermediate layer titanium carbide and the surface layer. No improvement in adhesion can be expected between certain titanium nitrides.
【０００６】本発明の目的は、密着力の高い表面皮膜を
有する金属加工治具を提供するにある。An object of the present invention is to provide a metal working jig having a surface coating having high adhesion.
【０００７】本発明の他の目的は、金属加工治具に密着
力の高い表面皮膜を形成する金属加工治具の表面皮膜形
成方法を提供するにある。Another object of the present invention is to provide a method for forming a surface coating on a metal working jig for forming a surface coating having high adhesion on the metal working jig.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基材の表面に表面皮膜を有する治具にお
いて、上記基材の表面に炭素若しくは窒素を拡散され若
しくは注入された表面処理層と、この表面処理層の上に
チタン若しくはクロムを被覆された中間層と、この中間
層の上にチタン若しくはクロムの化合物を傾斜構造にて
形成された表面層とを有し、更に、上記表面処理層中の
炭素若しくは窒素を上記中間層に拡散させるようにした
ものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a jig having a surface coating on the surface of a base material, in which carbon or nitrogen is diffused or injected into the surface of the base material. A surface treatment layer, an intermediate layer coated with titanium or chromium on the surface treatment layer, and a surface layer formed on the intermediate layer with a compound of titanium or chromium in a graded structure, The carbon or nitrogen in the surface treatment layer is diffused into the intermediate layer.
【０００９】上記金属加工治具において、好ましくは、
上記表面層であるチタン若しくはクロムの化合物は、窒
化チタン、窒化クロム又は炭窒化チタンのいづれかとす
るようにしたものである。In the above metal working jig, preferably
The compound of titanium or chromium that is the surface layer is titanium nitride, chromium nitride or titanium carbonitride.
【００１０】上記金属加工治具において、好ましくは、
上記表面処理層は、直流グロー放電を用いて形成された
浸炭層としたものである。In the above metal working jig, preferably
The surface treatment layer is a carburized layer formed by using direct current glow discharge.
【００１１】上記金属加工治具において、好ましくは、
上記表面処理層は、直流グロー放電を用いて形成された
窒化層としたものである。In the above metal working jig, preferably
The surface treatment layer is a nitride layer formed by using direct current glow discharge.
【００１２】上記金属加工治具において、好ましくは、
上記表面処理層は、炭素若しくは窒素をイオン注入され
たイオン注入層としたものである。In the above metal working jig, preferably
The surface treatment layer is an ion-implanted layer in which carbon or nitrogen is ion-implanted.
【００１３】上記金属加工治具において、好ましくは、
上記表面層の傾斜構造は、物理蒸着法により反応ガス濃
度を徐々に変えながら形成するようにしたものである。In the above metal working jig, preferably
The inclined structure of the surface layer is formed by the physical vapor deposition method while gradually changing the reaction gas concentration.
【００１４】また、上記他の目的を達成するために、本
発明は、基材の表面に表面皮膜を形成する金属加工治具
の表面皮膜形成方法において、上記基材の表面に炭素若
しくは窒素を拡散し若しくは注入して表面処理層を形成
する工程と、この表面処理層の上にチタン若しくはクロ
ムを被覆して中間層を形成する工程と、この中間層の上
に反応ガスの濃度を徐々に変えながらチタンの窒化物若
しくは炭窒化物又はクロムの窒化物を傾斜構造にて形成
して表面層を形成する工程と、上記中間層に上記表面処
理層から炭素若しくは窒素を拡散させる工程とを有する
ようにしたものである。In order to achieve the above-mentioned other objects, the present invention provides a method for forming a surface film on a surface of a base material for a metal working jig, wherein carbon or nitrogen is added to the surface of the base material. A step of forming a surface treatment layer by diffusion or injection, a step of coating titanium or chromium on the surface treatment layer to form an intermediate layer, and gradually increasing the concentration of the reaction gas on the intermediate layer. A step of forming a nitride or carbonitride of titanium or a nitride of chromium in a graded structure while changing the surface layer to form a surface layer; and a step of diffusing carbon or nitrogen from the surface treatment layer into the intermediate layer. It was done like this.
【００１５】上記金属加工治具の表面皮膜形成方法にお
いて、好ましくは、上記表面層であるチタン若しくはク
ロムの化合物は、窒化チタン、窒化クロム又は炭窒化チ
タンのいづれかで形成するようにしたものである。In the method for forming a surface coating on a metal working jig, preferably, the surface layer of titanium or chromium compound is formed of titanium nitride, chromium nitride or titanium carbonitride. .
【００１６】上記金属加工治具の表面皮膜形成方法にお
いて、好ましくは、上記表面処理層は、直流グロー放電
を用いてを形成された浸炭層又は窒化層としたものであ
る。In the method for forming a surface coating on a metal working jig, preferably, the surface treatment layer is a carburized layer or a nitrided layer formed by using direct current glow discharge.
【００１７】上記金属加工治具の表面皮膜形成方法にお
いて、好ましくは、上記表面処理層は、炭素若しくは窒
素をイオン注入されたイオン注入層としたものである。In the method for forming a surface coating on a metal working jig, preferably, the surface treatment layer is an ion-implanted layer in which carbon or nitrogen is ion-implanted.
【００１８】[0018]
【作用】本発明では、上記基材の表面に炭素若しくは窒
素を拡散され若しくは注入された表面処理層と、この表
面処理層の上にチタン若しくはクロムを被覆された中間
層と、この中間層の上にチタン若しくはクロムの化合物
を傾斜構造にて形成された表面層とを有し、更に、上記
表面処理層中の炭素若しくは窒素を上記中間層に拡散す
ることにより、基材と中間層の密着力が向上し、また、
中間層と表面層の密着力も向上し、基材と表面皮膜の密
着力が向上し得るものとなる。In the present invention, the surface treatment layer in which carbon or nitrogen is diffused or injected into the surface of the base material, the intermediate layer in which titanium or chromium is coated on the surface treatment layer, and the intermediate layer It has a surface layer on which a compound of titanium or chromium is formed in a graded structure, and further, by diffusing carbon or nitrogen in the surface treatment layer into the intermediate layer, adhesion between the base material and the intermediate layer. Power is improved,
The adhesion between the intermediate layer and the surface layer is also improved, and the adhesion between the substrate and the surface coating can be improved.
【００１９】また、本発明では、上記表面層であるチタ
ン若しくはクロムの化合物は、窒化チタン、窒化クロム
又は炭窒化チタンのいづれかとすることにより、強固な
表面皮膜を実現し得るものとなる。Further, in the present invention, the compound of titanium or chromium which is the above surface layer can realize a strong surface film by using any one of titanium nitride, chromium nitride and titanium carbonitride.
【００２０】また、本発明では、上記表面処理層は、直
流グロー放電を用いて形成された浸炭層とすることによ
り、皮膜の形成時間を短縮し得るものとなる。Further, in the present invention, the surface treatment layer is a carburized layer formed by using direct current glow discharge, whereby the film formation time can be shortened.
【００２１】また、本発明では、上記表面処理層は、直
流グロー放電を用いてを形成された窒化層とすることに
より、公差の厳しい金属加工治具の表面皮膜を形成し得
るものとなる。Further, in the present invention, the surface treatment layer is a nitride layer formed by using direct current glow discharge, whereby a surface coating of a metal working jig having a strict tolerance can be formed.
【００２２】また、本発明では、上記表面処理層は、炭
素若しくは窒素をイオン注入されたイオン注入層とする
ことにより、強固な表面皮膜を形成し得るものとなる。Further, in the present invention, the surface treatment layer can form a strong surface coating by using an ion-implanted layer in which carbon or nitrogen is ion-implanted.
【００２３】また、本発明では、上記表面層の傾斜構造
は、物理蒸着法により反応ガス濃度を徐々に変えながら
形成することにより、容易に表面層を形成し得るものと
なる。Further, according to the present invention, the inclined structure of the surface layer can be easily formed by forming the surface layer by gradually changing the reaction gas concentration by a physical vapor deposition method.
【００２４】本発明では、上記基材の表面に炭素若しく
は窒素を拡散し若しくは注入して表面処理層を形成する
工程と、この表面処理層の上にチタン若しくはクロムを
被覆して中間層を形成する工程と、この中間層の上に反
応ガスの濃度を徐々に変えながらチタンの窒化物若しく
は炭窒化物又はクロムの窒化物を傾斜構造にて形成して
表面層を形成する工程と、上記中間層に上記表面処理層
から炭素若しくは窒素を拡散させる工程とを備えること
により、容易に密着力の向上した表面皮膜を形成し得る
ものとなる。In the present invention, a step of diffusing or injecting carbon or nitrogen into the surface of the base material to form a surface treatment layer, and coating the surface treatment layer with titanium or chromium to form an intermediate layer. And a step of forming a titanium nitride or carbonitride or chromium nitride in a graded structure on the intermediate layer while gradually changing the concentration of the reaction gas to form a surface layer, By providing the layer with a step of diffusing carbon or nitrogen from the surface-treated layer, it becomes possible to easily form a surface coating with improved adhesion.
【００２５】また、本発明では、上記表面層であるチタ
ン若しくはクロムの化合物は、窒化チタン、窒化クロム
又は炭窒化チタンのいづれかで形成することにより、強
固な表面皮膜を実現し得るものとなる。Further, in the present invention, the compound of titanium or chromium as the above surface layer can realize a strong surface film by forming either titanium nitride, chromium nitride or titanium carbonitride.
【００２６】また、本発明では、上記表面処理層は、直
流グロー放電を用いてを形成された浸炭層又は窒化層と
することにより、各工程を同一の反応容器内で進め得る
ものとなる。Further, in the present invention, the surface treatment layer is a carburized layer or a nitrided layer formed by using direct current glow discharge, whereby each step can be carried out in the same reaction vessel.
【００２７】また、本発明では、上記表面処理層は、炭
素若しくは窒素をイオン注入されたイオン注入層とする
ことにより、強固な表面皮膜を形成し得るものとなる。Further, in the present invention, the surface treatment layer can form a strong surface film by using an ion-implanted layer in which carbon or nitrogen is ion-implanted.
【００２８】[0028]
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２９】図１は、本発明の一実施例に係る金属加工
治具の中で塑性加工用金型としての冷間鍛造用のパンチ
の側面図を示している。大きさは、φ１０ｍｍ×５０ｍ
ｍの冷間鍛造用のパンチである。基材１の材質は、超硬
であり、その先端のφ６ｍｍ×２０ｍｍの塑性加工に用
いる部分には、表面皮膜２が形成されている。表面皮膜
２のコーテイング範囲は、最小２０ｍｍとしてある。FIG. 1 shows a side view of a punch for cold forging as a plastic working die in a metal working jig according to an embodiment of the present invention. The size is φ10mm × 50m
m punch for cold forging. The material of the base material 1 is superhard, and the surface coating 2 is formed on the portion of the tip of the base material used for plastic working of φ6 mm × 20 mm. The coating range of the surface coating 2 is at least 20 mm.
【００３０】図２は、本発明の一実施例の金型の硬質皮
膜となる表面処理を実施するイオンプレーティング装置
の構成図である。FIG. 2 is a block diagram of an ion plating apparatus for carrying out a surface treatment for forming a hard coating on a mold according to an embodiment of the present invention.
【００３１】反応容器６内には、試料ホルダー７が取り
付けられており、この試料ホルダー７に、被処理物であ
る図１に示した金型の基材１が保持される。基材１の被
加工部材と接触する先端から２０ｍｍの範囲の直径φ６
ｍｍの部分にコーティングされるように、試料ホルダー
７に取り付けられている。A sample holder 7 is mounted in the reaction container 6, and the sample holder 7 holds the substrate 1 of the mold shown in FIG. Diameter φ6 in the range of 20 mm from the tip of the base material 1 in contact with the workpiece
It is attached to the sample holder 7 so that the mm portion is coated.
【００３２】この金型は、表面処理中（イオンプレーテ
イング処理中）、自公転される。反応容器６内には、ガ
ス導入口１４から反応ガスや不活性ガスが導入され、ガ
ス排出口１５から不要なガスが排出される。るつぼ１２
内には、表面皮膜２を形成するための蒸発物１３が収容
されている。ヒーター８により、反応容器６内を数百度
に加熱し、シャッター１１を開いて、電子銃９から放出
される電子ビームにより、蒸発物１３を蒸発させる。蒸
発された蒸発物は、イオン化電極１０のプラズマ空間に
よってイオン化される。イオン化された蒸発物は、イオ
ン化電極１０と試料ホルダー７の間に接続された電源に
よって、試料ホルダー７側が負にバイアスされており、
従って、イオンは試料ホルダー７に保持された被処理物
の表面に被覆し、表面皮膜を形成する。The mold is revolved during surface treatment (during ion plating treatment). A reaction gas or an inert gas is introduced into the reaction container 6 through the gas introduction port 14, and unnecessary gas is discharged through the gas discharge port 15. Crucible 12
An evaporation material 13 for forming the surface film 2 is contained therein. The inside of the reaction vessel 6 is heated to several hundred degrees by the heater 8, the shutter 11 is opened, and the evaporate 13 is evaporated by the electron beam emitted from the electron gun 9. The evaporated material is ionized by the plasma space of the ionization electrode 10. The ionized vaporized material is negatively biased on the sample holder 7 side by a power source connected between the ionization electrode 10 and the sample holder 7,
Therefore, the ions cover the surface of the object to be processed held by the sample holder 7 to form a surface film.
【００３３】次に、図２並びに図３を用いて、本発明の
一実施例による表面皮膜の形成工程について説明する。Next, the process of forming the surface coating according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００３４】図３は、基材１の表面に皮膜２を被覆した
サンプルの横断面を表している。このサンプルは、試料
ホルダー７に被処理物と同時に取り付けたφ６ｍｍ×２
０ｍｍのサンプルを横断面にして、表面部を断面のＥＰ
ＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａ
ｎａｌｙｓｉｓ）にて分析した結果、チタン中間層が
０．１μｍ、窒化チタンが２．０μｍ、合計２．１μｍ
の表面皮膜のコーティングが施されていることを確認し
た。なお、図３において、横軸方向のスケールはリニア
ではない。即ち、詳細は後述するが、浸炭層である表面
処理層３の厚さは、０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍであり、
中間層４は、０．１μｍであり、表面層５は、２μｍで
ある。FIG. 3 shows a cross section of a sample in which the surface of the substrate 1 is coated with the film 2. This sample was mounted on the sample holder 7 at the same time as the object to be processed, and was φ6 mm × 2
A 0 mm sample is taken as a cross section, and the surface part is a cross section EP.
MA (Electron Probe Micro A
analysis), the titanium intermediate layer was 0.1 μm, the titanium nitride was 2.0 μm, and the total was 2.1 μm.
It was confirmed that the coating of the surface film was applied. In FIG. 3, the scale in the horizontal axis direction is not linear. That is, although the details will be described later, the thickness of the surface treatment layer 3 which is a carburized layer is 0.1 mm to 0.2 mm,
The intermediate layer 4 has a thickness of 0.1 μm, and the surface layer 5 has a thickness of 2 μm.
【００３５】最初に、基材１に、表面処理層３が形成さ
れる。この表面処理層３は、浸炭層であり、基材１への
浸炭処理工程について説明する。First, the surface treatment layer 3 is formed on the substrate 1. The surface treatment layer 3 is a carburized layer, and the carburization process of the base material 1 will be described.
【００３６】浸炭処理工程において、反応容器６の内圧
は、ガス排出口１５により調整して、１．３３Ｐａ以下
とする。ガス導入口１４より導入する反応ガスとして、
Ｈ2ガスおよびＣＨ4ガスを使用し、不活性ガスとして、
Ａｒガスを使用する。反応温度は８５０℃とする。この
反応温度は、ヒーター８によって可変できるが、ここ
で、反応温度とは、ヒーター温度のことであるが、雰囲
気温度や被処理物の温度もほぼ同じに保たれる。In the carburizing process, the internal pressure of the reaction vessel 6 is adjusted to 1.33 Pa or less by adjusting the gas outlet 15. As the reaction gas introduced from the gas inlet 14,
Using H 2 gas and CH 4 gas as an inert gas,
Ar gas is used. The reaction temperature is 850 ° C. The reaction temperature can be changed by the heater 8. Here, the reaction temperature is the heater temperature, but the atmospheric temperature and the temperature of the object to be treated are kept substantially the same.
【００３７】電子銃９によりグロー放電を発生させ、Ｃ
Ｈ4ガスから炭素イオンを分離し、炭素を基材１内に拡
散させる。この時の反応時間は１５分とする。通常の浸
炭処理では、反応時間は９０分程度は必要であるが、こ
こでは、後述する中間層４に浸炭された炭素を拡散すれ
ばよいため、反応時間は１５分で充分である。この１５
分間の反応時間で、０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍの浸炭層
３が形成される。A glow discharge is generated by the electron gun 9, and C
Carbon ions are separated from H 4 gas and carbon is diffused in the substrate 1. The reaction time at this time is 15 minutes. A reaction time of about 90 minutes is necessary in the ordinary carburization process, but here, the reaction time of 15 minutes is sufficient because the carburized carbon may be diffused in the intermediate layer 4 described later. This 15
A carburized layer 3 of 0.1 mm to 0.2 mm is formed with a reaction time of 1 minute.
【００３８】次に、この浸炭層３の上に形成される中間
層４の被覆工程について説明する。Next, the coating process of the intermediate layer 4 formed on the carburized layer 3 will be described.
【００３９】ここでは、中間層４としてチタン中間層を
被覆する。このチタン中間層の被覆は、浸炭層３の形成
に引き続いて反応容器６の中で行われる。反応容器６内
の反応ガスをガス排出口１５より排出した上で、チタン
中間層の被覆工程において、ガス導入口１４より不活性
ガスのＡｒガスが導入される。反応容器６の内圧は、ガ
ス排出口１５により調整して、１．３３×１０-3Ｐａ以
下とする。Here, a titanium intermediate layer is coated as the intermediate layer 4. The coating of the titanium intermediate layer is performed in the reaction vessel 6 subsequent to the formation of the carburized layer 3. After the reaction gas in the reaction vessel 6 is discharged from the gas discharge port 15, an inert gas of Ar gas is introduced from the gas introduction port 14 in the titanium intermediate layer coating step. The internal pressure of the reaction vessel 6 is adjusted to 1.33 × 10 −3 Pa or less by adjusting the gas outlet 15.
【００４０】るつぼ１２内には、チタン中間層を形成す
るための蒸発物１３として、チタンを収納してある。シ
ャッター１１を開き、電子銃９からの電子ビームを用い
て、るつぼ１２内の蒸発物（チタン）１３を蒸発させ、
イオン化電極１０によりチタンをイオン化し、試料ホル
ダー７に保持された金型の基材１の表面にチタン層をチ
タン中間層４として形成する。Titanium is contained in the crucible 12 as an evaporated material 13 for forming a titanium intermediate layer. Open the shutter 11 and use the electron beam from the electron gun 9 to evaporate the evaporated material (titanium) 13 in the crucible 12,
Titanium is ionized by the ionization electrode 10 to form a titanium layer as the titanium intermediate layer 4 on the surface of the base material 1 of the mold held by the sample holder 7.
【００４１】このとき、試料ホルダー７に保持された被
処理物である金型は、ヒーター８により３００℃〜５０
０℃に加熱する。加熱温度としては、特に、４５０℃〜
５００℃の範囲にすると、基材１との密着力が高く好ま
しいが、３００℃〜５００℃の範囲でも実用的に問題は
ない。５００℃以上となると、形成されたチタン中間層
４の表面が粗くなり、好ましくない。中間層の膜厚を
０．１μｍとするときの反応時間は５分とする。中間層
の厚さは、０．１μｍが好ましい。これが、余り厚い
と、基材１との密着力が低下し、余り薄いと、中間層と
しての役割を果たさなくなる。チタン中間層４の形成の
ための反応時間の５分が経過した後に表面層を形成する
ための反応ガスを流し始めた。At this time, the mold, which is the object to be processed, held by the sample holder 7 is heated by the heater 8 at 300 ° C. to 50 °
Heat to 0 ° C. The heating temperature is, in particular, 450 ° C to
When the temperature is in the range of 500 ° C., the adhesion with the substrate 1 is high, which is preferable, but in the range of 300 ° C. to 500 ° C., there is no practical problem. When the temperature is 500 ° C. or higher, the surface of the formed titanium intermediate layer 4 becomes rough, which is not preferable. The reaction time is 5 minutes when the thickness of the intermediate layer is 0.1 μm. The thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 μm. If this is too thick, the adhesion with the substrate 1 will be reduced, and if it is too thin, it will not serve as an intermediate layer. After 5 minutes of the reaction time for forming the titanium intermediate layer 4, the reaction gas for forming the surface layer was started to flow.
【００４２】なお、このチタン中間層４の形成の間とこ
の後の表面層の被覆に要する２時間の間に、表面処理層
３である浸炭層から炭素がこのチタン中間層４内に拡散
するが、この点については、後述する。Carbon is diffused into the titanium intermediate layer 4 from the carburized layer which is the surface treatment layer 3 during the formation of the titanium intermediate layer 4 and the subsequent 2 hours required for coating the surface layer. However, this point will be described later.
【００４３】つぎに、窒化チタンの表面層５の被覆工程
について説明する。Next, the step of coating the titanium nitride surface layer 5 will be described.
【００４４】表面層５の被覆工程は、チタン中間層の被
覆工程と連続で行い、反応容器６には、ガス導入口１４
より、反応ガスとしてＨ2ガスおよびＮ2ガスを導入し、
不活性ガスとしてＡｒガスを導入する。反応容器６のの
内圧は、ガス排出口１５により調整して、中間層を形成
する時と同様に、１．３３×１０-3Ｐａ以下とする。ま
た、反応ガスと不活性ガスとの組成比は、ガス導入直
後、反応ガス：不活性ガス＝２：８とする。試料ホルダ
ー７に取り付けられた被処理物は、ヒーター８により約
５００℃に加熱する。シャッター１１を開いて、電子銃
９を用いてるつぼ１２内の蒸発物（チタン）１３を蒸発
させ、イオン化電極１０によりチタンをイオン化する。
また、プラズマ中でＮ2ガスより窒素をイオン化し、窒
化チタンの皮膜を形成する。The step of coating the surface layer 5 is continuously performed with the step of coating the titanium intermediate layer.
From which H 2 gas and N 2 gas were introduced as reaction gases,
Ar gas is introduced as an inert gas. The internal pressure of the reaction vessel 6 is adjusted by the gas discharge port 15 to be 1.33 × 10 −3 Pa or less as in the case of forming the intermediate layer. In addition, the composition ratio of the reaction gas and the inert gas is set to reaction gas: inert gas = 2: 8 immediately after introducing the gas. The object to be processed attached to the sample holder 7 is heated to about 500 ° C. by the heater 8. The shutter 11 is opened, the evaporated material (titanium) 13 in the crucible 12 is evaporated using the electron gun 9, and the ionization electrode 10 ionizes titanium.
Further, nitrogen is ionized from N 2 gas in plasma to form a titanium nitride film.
【００４５】反応ガスと不活性ガスとの組成比は、ガス
導入直後の反応ガス：不活性ガス＝２：８から、徐々に
反応ガス濃度を増やし、約１時間後に反応ガス：不活性
ガス＝５：５となるようにする。従って、この１時間の
間に、表面層５中の窒素濃度は徐々に増加する。一方、
チタンの濃度は徐々に減少する。この様子は、図３中に
窒素濃度及びチタン濃度を表す曲線として表示してあ
る。従って、表面層５の内、基材１の側の１／２では、
チタン及び窒素の濃度が徐々に変化する傾斜構造を有す
ることになる。なお、図３において、傾斜構造の部分を
４層であるかのように示しているが、これは、傾斜構造
を模式的に表す都合上であり、実際には、その上にチタ
ンと窒素の濃度を表示してあるように、両者の比率が連
続的に変化する層である。The composition ratio of the reaction gas and the inert gas is such that the reaction gas: inert gas = 2: 8 immediately after introduction of the gas, the reaction gas concentration is gradually increased, and after about 1 hour, the reaction gas: inert gas = Make it 5: 5. Therefore, the nitrogen concentration in the surface layer 5 gradually increases during this 1 hour. on the other hand,
The titanium concentration gradually decreases. This state is shown as a curve showing the nitrogen concentration and the titanium concentration in FIG. Therefore, in half of the surface layer 5 on the side of the base material 1,
It has a graded structure in which the concentrations of titanium and nitrogen gradually change. In addition, in FIG. 3, the portion of the inclined structure is shown as if it has four layers, but this is for the sake of schematically showing the inclined structure. As indicated by the concentration, it is a layer in which the ratio of the two changes continuously.
【００４６】反応時間は被覆する膜厚により異なるが、
２μｍの膜厚では約２時間として、２時間後にシャッタ
ー１１を閉じた。後半の１時間は、反応ガス：不活性ガ
ス＝５：５のまま一定とする。従って、表面層５の外側
の１／２の１μｍの範囲では、窒素及びチタンの濃度
は、図３に示すように一定である。なお、ここで、傾斜
構造のＴｉＮの膜厚が１μｍ、一定濃度のＴｉＮの膜厚
が１μｍとしたが、この比率は、多少変更してもよく、
傾斜構造として効果がある程度の厚さのＴｉＮの皮膜と
その外側の反応ガスと不活性ガスの比率を５：５として
形成したＴｉＮの皮膜が存在すればよい。表面層５の膜
厚は２μｍとして説明したが、これは、３μｍ程度の膜
厚までが、好ましい。これ以上厚くなると、基材１の表
面から剥がれ易くなる。The reaction time depends on the film thickness to be coated,
When the film thickness is 2 μm, the shutter 11 is closed after 2 hours, which is about 2 hours. In the latter half hour, the reaction gas: inert gas = 5: 5 is kept constant. Therefore, in the range of 1 μm, which is ½ of the outer side of the surface layer 5, the concentrations of nitrogen and titanium are constant as shown in FIG. Although the TiN film having a graded structure has a film thickness of 1 μm and the TiN film having a constant concentration has a film thickness of 1 μm, this ratio may be slightly changed.
It suffices if there is a TiN film having a thickness to some extent as an effect of the graded structure and a TiN film formed with the ratio of the reaction gas and the inert gas outside the TiN film being 5: 5. Although the thickness of the surface layer 5 has been described as 2 μm, the thickness is preferably about 3 μm. If it becomes thicker than this, it becomes easy to peel from the surface of the substrate 1.
【００４７】次に、拡散工程について説明する。Next, the diffusion process will be described.
【００４８】中間チタン層４の形成時の５分間と表面層
５の形成時の約２時間の間、被処理物は約５００℃の温
度にさらされる。従って、この間、表面処理層３である
浸炭層から炭素が中間層４の中に拡散し、チタンＴｉか
ら炭化チタンＴｉＣに反応し、炭化チタンが形成され
る。ここで、拡散される炭素の状態は、図３の炭素の濃
度分布から分かる。即ち、基材１では、表面処理層３で
ある浸炭層を除き、炭素の濃度は、本来の基材１の材料
である超硬の炭素濃度であるが、浸炭層中では、浸炭処
理により、炭素の濃度が高くなっている。更に、中間層
４の中にも、炭素が拡散処理により拡散し、基材１側が
高く、外側に向かって徐々に、減少する分布となってい
る。従って、この拡散された炭素によって形成される炭
化チタンの層も傾斜構造を有することになるが、ここ自
体では、傾斜構造である必要はなく、要するに、基材と
中間層の間に炭化チタンの層が形成され、その外側のチ
タン層の外側に窒化チタンの層が形成されればよい。The object to be treated is exposed to a temperature of about 500 ° C. for 5 minutes during the formation of the intermediate titanium layer 4 and for about 2 hours during the formation of the surface layer 5. Therefore, during this time, carbon diffuses from the carburized layer which is the surface treatment layer 3 into the intermediate layer 4, reacts from titanium Ti to titanium carbide TiC, and titanium carbide is formed. Here, the state of the diffused carbon can be understood from the carbon concentration distribution of FIG. That is, in the base material 1, except for the carburized layer that is the surface treatment layer 3, the carbon concentration is the superhard carbon concentration that is the original material of the base material 1, but in the carburized layer, due to the carburizing treatment, The carbon concentration is high. Further, carbon is also diffused in the intermediate layer 4 by the diffusion treatment, and the distribution is high on the base material 1 side and gradually decreases toward the outside. Therefore, the titanium carbide layer formed by the diffused carbon also has a graded structure, but it does not need to have the graded structure in itself, and in short, the titanium carbide layer between the base material and the intermediate layer is not required. A layer may be formed, and a titanium nitride layer may be formed outside the titanium layer outside the layer.
【００４９】炭素の拡散領域は、中間層４の厚みの内、
基材側に約１／２の位置までである。この拡散領域は、
中間層４の厚みの内、基材側に約２／３の位置までが好
ましい。これ以上拡散領域が厚くなると、中間層４と表
面層５の密着力が低下する。The carbon diffusion region has a thickness within the thickness of the intermediate layer 4,
It is up to about a half position on the substrate side. This diffusion area is
The thickness of the mid layer 4 is preferably up to about 2/3 on the base material side. If the diffusion region becomes thicker than this, the adhesion between the intermediate layer 4 and the surface layer 5 will decrease.
【００５０】なお、表面処理層３の形成方法として、浸
炭処理を行うものとして説明したが、この表面処理層３
は、イオン注入により炭素を注入するものであってもよ
い。この場合、表面処理層３の形成と、中間層４及び表
面層５の形成は別工程とする必要がある。浸炭処理を行
う場合には、同一反応容器内で、表面処理層の形成から
中間層の形成及び表面層の形成までを一貫して行うこと
ができ、作業工程上、処理時間が短縮できる。The method for forming the surface-treated layer 3 has been described as the case where the carburizing treatment is performed.
May be one in which carbon is implanted by ion implantation. In this case, the formation of the surface treatment layer 3 and the formation of the intermediate layer 4 and the surface layer 5 need to be performed in different steps. When carrying out the carburizing treatment, it is possible to consistently carry out from the formation of the surface treatment layer to the formation of the intermediate layer and the formation of the surface layer in the same reaction vessel, and the treatment time can be shortened in terms of the work process.
【００５１】なお、本実施例のイオンプレーテイング装
置では、電子ビームでチタンを蒸発させるものとした
が、アーク放電でプラズマ空間を作り、その中にるつぼ
を入れるタイプの装置であってもよい。In the ion plating apparatus of this embodiment, titanium is vaporized by the electron beam, but a plasma space may be formed by arc discharge and a crucible may be placed in the plasma space.
【００５２】図４は、本発明の一実施例の効果を表すグ
ラフである。FIG. 4 is a graph showing the effect of one embodiment of the present invention.
【００５３】図４において、ＴｉＮと記載されたもの
は、浸炭層を形成し、さらに、チタン中間層及び窒化チ
タンの表面層を形成した図１に記載のパンチを用いて、
被加工材には、変形抵抗が大きく難加工材のＪＩＳ規格
ＳＵＳ４２０Ｊ２の厚さ３．０ｍｍの板材の塑性加工打
抜きにおける寿命を示している。In FIG. 4, what was described as TiN was formed by using the punch shown in FIG. 1 in which a carburized layer was formed, and a titanium intermediate layer and a surface layer of titanium nitride were further formed.
As the material to be processed, the life in plastic working punching of a plate material having a large deformation resistance and having a thickness of 3.0 mm according to JIS standard SUS420J2 which is difficult to machine is shown.
【００５４】ここで、従来法とは、基材の上に直接窒化
チタンを被覆したパンチを用いたものであり、浸炭層お
よびチタン層は形成されていないものである。この窒化
チタンのみを被覆したパンチでは、２４，０００ショッ
トで窒化チタン被膜が剥離した。しかしながら、本発明
の一実施例に係る高質皮膜を被覆したパンチでは、寿命
は、表面層に窒化チタンを被覆したもので、７０，００
０ショットとなり、従来法より金型寿命向上が確認され
た。Here, the conventional method is a method in which a punch in which titanium nitride is directly coated on a base material is used, and a carburized layer and a titanium layer are not formed. In the punch coated with only titanium nitride, the titanium nitride coating was peeled off after 24,000 shots. However, in the punch coated with the high quality coating according to the embodiment of the present invention, the life is 70,00 when the surface layer is coated with titanium nitride.
It was 0 shots, and it was confirmed that the life of the mold was improved as compared with the conventional method.
【００５５】７０，０００ショットで寿命となった理由
は、皮膜の剥離ではなく皮膜の摩耗であることが外観の
顕微鏡観察により確かめられた。このように、本発明の
一実施例による金型は、従来の金型に比べて金型寿命が
約３倍延長することが明らかとなり、その結果、金型費
用が低減することや、型段取り回数やメンテナンス回数
が少なくなると共に塑性加工の安定生産や被加工物の品
質の安定化を促進するものである。It was confirmed by microscopic observation of the appearance that the reason why the life reached 70,000 shots was not the peeling of the coating but the abrasion of the coating. As described above, it becomes clear that the mold according to the embodiment of the present invention has a mold life extended about 3 times as compared with the conventional mold, resulting in reduction of mold cost and mold setup. The number of times of maintenance and the number of times of maintenance are reduced, and the stable production of plastic working and the stabilization of the quality of the workpiece are promoted.
【００５６】本実施例によれば、中間層の中に浸炭層か
ら炭素が拡散するため、基材と中間層の密着力が向上
し、また、表面層の中も、チタンの濃度が徐々に変化す
る傾斜構造となるため、中間層と表面層の密着力が向上
する。従って、基材と皮膜の密着力が向上する。According to this embodiment, since carbon diffuses from the carburized layer into the intermediate layer, the adhesion between the base material and the intermediate layer is improved, and the titanium concentration in the surface layer is gradually increased. Due to the changing tilt structure, the adhesion between the intermediate layer and the surface layer is improved. Therefore, the adhesion between the base material and the film is improved.
【００５７】従って、金型費用が低減し、型段取り回数
やメンテナンス回数が少なくなると共に塑性加工の安定
生産や被加工物の品質の安定化を促進する。Therefore, the die cost is reduced, the number of die setups and the number of maintenances is reduced, and stable production of plastic working and stabilization of the quality of the workpiece are promoted.
【００５８】また、浸炭層形成から中間層及び表面層形
成まで、一貫して同一反応容器内で処理できるため、処
理時間が短縮できる。Further, since it is possible to consistently carry out the processing in the same reaction vessel from the formation of the carburized layer to the formation of the intermediate layer and the surface layer, the processing time can be shortened.
【００５９】また、浸炭処理により表面処理層を形成す
るため、表面処理層の形成を短時間で行うことができ
る。Since the surface-treated layer is formed by carburizing, the surface-treated layer can be formed in a short time.
【００６０】本発明の他の実施例について、以下に説明
する。Another embodiment of the present invention will be described below.
【００６１】本実施例も、図１に示した冷間鍛造用のパ
ンチに皮膜２を施すものであるが、皮膜の材質の中で、
表面層を炭窒化チタンとするものである。図２に示すイ
オンプレーテイング装置を用いて浸炭層、チタン中間
層、炭窒化チタン表面層を形成する。In this example also, the punch 2 for cold forging shown in FIG. 1 is coated with the coating 2, but among the materials of the coating,
The surface layer is titanium carbonitride. A carburized layer, a titanium intermediate layer, and a titanium carbonitride surface layer are formed using the ion plating apparatus shown in FIG.
【００６２】最初に、基材１に、表面処理層３が形成さ
れる。この表面処理層は、浸炭層であり、基材１への浸
炭処理工程について説明する。First, the surface treatment layer 3 is formed on the substrate 1. This surface treatment layer is a carburized layer, and the carburizing step of the base material 1 will be described.
【００６３】浸炭処理工程おいて、反応容器６の内圧
は、１．３３Ｐａ以下とする。ガス導入口１４より導入
する反応ガスとして、Ｈ2ガスおよびＣＨ4ガスを使用
し、不活性ガスとして、Ａｒガスを使用する。反応温度
は８５０℃とする。電子銃９によりグロー放電を発生さ
せ、ＣＨ4ガスから炭素イオンを分離し、炭素を基材１
内に拡散させる。この時の反応時間は１５分とする。こ
の１５分間の反応時間で、０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍの
浸炭層３が形成される。In the carburizing process, the internal pressure of the reaction vessel 6 is set to 1.33 Pa or less. H 2 gas and CH 4 gas are used as the reaction gas introduced through the gas introduction port 14, and Ar gas is used as the inert gas. The reaction temperature is 850 ° C. Glow discharge is generated by the electron gun 9, carbon ions are separated from CH 4 gas, and carbon is used as the base material 1.
Spread inside. The reaction time at this time is 15 minutes. With this reaction time of 15 minutes, the carburized layer 3 of 0.1 mm to 0.2 mm is formed.
【００６４】次に、この浸炭層３の上に形成される中間
層４の被覆工程について説明する。Next, the coating process of the intermediate layer 4 formed on the carburized layer 3 will be described.
【００６５】ここでは、中間層４としてチタン中間層を
被覆する。このチタン中間層の被覆は、浸炭層３の形成
に引き続いて反応容器６の中で行われる。ガス導入口１
４より不活性ガスのＡｒガスが導入される。反応容器６
の内圧は、１．３３×１０-3Ｐａ以下とする。るつぼ１
２内には、チタン中間層を形成するための、蒸発物１３
としてチタンを収納してある。シャッター１１を開き、
電子銃９を用いてるつぼ１２内の蒸発物（チタン）１３
を蒸発させ、イオン化電極１０によりチタンをイオン化
し、試料ホルダー７に保持された金型の基材１の表面に
チタン層をチタン中間層４として形成する。このとき、
試料ホルダー７に保持された被処理物である金型は、ヒ
ーター８により３００℃〜５００℃に加熱する。加熱温
度としては、特に、４５０℃〜５００℃の範囲にする
と、基材１との密着力が高く好ましいが、３００℃〜５
００℃の範囲でも実用的に問題はない。５００℃以上と
なると、形成されたチタン中間層４の表面が粗くなり、
好ましくない。中間層の膜厚を０．１μｍとするときの
反応時間は５分とする。中間層の厚さは、０．１μｍが
好ましい。これが、余り厚いと、基材１との密着力が低
下し、余り薄いと、中間層としての役割を果たさなくな
る。チタン中間層４の形成のための反応時間の５分が経
過した後に表面層を形成するための反応ガスを流し始め
た。Here, a titanium intermediate layer is coated as the intermediate layer 4. The coating of the titanium intermediate layer is performed in the reaction vessel 6 subsequent to the formation of the carburized layer 3. Gas inlet 1
An inert gas, Ar gas, is introduced from 4. Reaction vessel 6
The internal pressure of is 1.33 × 10 −3 Pa or less. Crucible 1
The vaporized material 13 for forming the titanium intermediate layer is contained in
The titanium is stored as. Open the shutter 11,
Evaporated product (titanium) 13 in crucible 12 using electron gun 9
Is evaporated, titanium is ionized by the ionization electrode 10, and a titanium layer is formed as a titanium intermediate layer 4 on the surface of the base material 1 of the mold held by the sample holder 7. At this time,
The mold, which is the object to be processed, held by the sample holder 7 is heated to 300 ° C. to 500 ° C. by the heater 8. The heating temperature is preferably in the range of 450 ° C. to 500 ° C., because the adhesion with the base material 1 is high, which is preferable.
There is practically no problem even in the range of 00 ° C. When the temperature is 500 ° C. or higher, the surface of the formed titanium intermediate layer 4 becomes rough,
Not preferred. The reaction time is 5 minutes when the thickness of the intermediate layer is 0.1 μm. The thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 μm. If this is too thick, the adhesion with the substrate 1 will be reduced, and if it is too thin, it will not serve as an intermediate layer. After 5 minutes of the reaction time for forming the titanium intermediate layer 4, the reaction gas for forming the surface layer was started to flow.
【００６６】なお、このチタン中間層４の形成の間とこ
の後の表面層の被覆に要する２時間の間に、表面処理層
３である浸炭層から炭素がこのチタン中間層４内に拡散
するが、この点については、後述する。Carbon is diffused into the titanium intermediate layer 4 from the carburized layer which is the surface treatment layer 3 during the formation of the titanium intermediate layer 4 and the subsequent 2 hours required for coating the surface layer. However, this point will be described later.
【００６７】つぎに、炭窒化チタンの表面層５の被覆工
程について説明する。Next, the step of coating the surface layer 5 of titanium carbonitride will be described.
【００６８】表面層５の被覆工程においては、チタン中
間層の被覆工程と連続で行い、反応容器６には、ガス導
入口１４より反応ガスとしてＨ2ガス、Ｎ2ガス及びＣＨ
4ガスを導入し、不活性ガスとして、Ａｒガスを導入す
る。反応容器６のの内圧は、中間層を形成する時と同様
に、１．３３×１０-3Ｐａ以下とする。また、反応ガス
と不活性ガスとの組成比は、ガス導入直後、反応ガス：
不活性ガス＝２：８とする。反応ガス中、Ｎ2ガスとＣ
Ｈ4ガスの組成比は、１：１とし、この比率は、変えな
いものとする。試料ホルダー７に取り付けられた被処理
物は、ヒーター８により約５００℃に加熱する。シャッ
ター１１を開いて、電子銃９を用いてるつぼ１２内の蒸
発物（チタン）１３を蒸発させ、イオン化電極１０によ
りチタンをイオン化する。プラズマ中で、Ｎ2ガス及び
ＣＨ4ガスより窒素及び炭素をイオン化し、炭窒化チタ
ンの皮膜を形成する。The step of coating the surface layer 5 is performed continuously with the step of coating the titanium intermediate layer. In the reaction vessel 6, H 2 gas, N 2 gas and CH 2 are supplied as reaction gases from the gas inlet 14.
4 gas is introduced, and Ar gas is introduced as an inert gas. The internal pressure of the reaction vessel 6 is 1.33 × 10 −3 Pa or less, as in the case of forming the intermediate layer. The composition ratio of the reaction gas and the inert gas is such that the reaction gas:
Inert gas = 2: 8. N 2 gas and C in the reaction gas
The composition ratio of H 4 gas is set to 1: 1 and this ratio is not changed. The object to be processed attached to the sample holder 7 is heated to about 500 ° C. by the heater 8. The shutter 11 is opened, the evaporated material (titanium) 13 in the crucible 12 is evaporated using the electron gun 9, and the ionization electrode 10 ionizes titanium. Nitrogen and carbon are ionized from N 2 gas and CH 4 gas in plasma to form a titanium carbonitride film.
【００６９】反応ガスと不活性ガスとの組成比は、ガス
導入直後の反応ガス：不活性ガス＝２：８から、徐々に
反応ガス濃度を増やし、約１時間後に反応ガス：不活性
ガス＝５：５となるようにする。従って、この１時間の
間に、窒化チタンである表面層５中の窒素及び炭素の濃
度は徐々に増加する。一方、チタンの濃度は徐々に減少
する。従って、表面層５の内、基材１の側では、チタ
ン、炭素及び窒素の濃度が徐々に変化する傾斜構造を有
することになる。The composition ratio of the reaction gas and the inert gas is such that the reaction gas: inert gas = 2: 8 immediately after the introduction of the gas, the reaction gas concentration is gradually increased, and after about 1 hour, the reaction gas: inert gas = Make it 5: 5. Therefore, the concentrations of nitrogen and carbon in the surface layer 5, which is titanium nitride, gradually increase during this 1 hour. On the other hand, the concentration of titanium gradually decreases. Therefore, in the surface layer 5, the base material 1 side has a graded structure in which the concentrations of titanium, carbon and nitrogen gradually change.
【００７０】反応時間は被覆する膜厚により異なるが、
２μｍの膜厚では約２時間として、２時間後にシャッタ
ー１１を閉じた。後半の１時間は、反応ガス：不活性ガ
ス＝５：５のまま一定とする。従って、表面層５の外側
の１μｍの範囲では、窒素、炭素及びチタンの濃度は、
一定である。表面層５の膜厚は２μｍとして説明した
が、これは、３μｍ程度の膜厚までが、好ましい。これ
以上厚くなると、基材１の表面から剥がれ易くなる。The reaction time depends on the film thickness to be coated,
When the film thickness is 2 μm, the shutter 11 is closed after 2 hours, which is about 2 hours. In the latter half hour, the reaction gas: inert gas = 5: 5 is kept constant. Therefore, in the range of 1 μm outside the surface layer 5, the concentrations of nitrogen, carbon and titanium are
It is constant. Although the thickness of the surface layer 5 has been described as 2 μm, the thickness is preferably about 3 μm. If it becomes thicker than this, it becomes easy to peel from the surface of the substrate 1.
【００７１】なお、ここで、拡散工程について説明す
る。中間チタン層の形成時の５分間と表面層５の形成時
の約２時間の間、被処理物は約５００℃の温度にさらさ
れる。従って、この間、表面処理層３である浸炭層から
炭素が中間層の中に拡散し、チタンＴｉから炭化チタン
ＴｉＣに反応し、炭化チタンＴｉＣが形成される。ここ
で、拡散される炭素の状態は、図３の炭素の濃度分布と
同様となる。即ち、基材１では、表面処理層３である浸
炭層を除き、炭素の濃度は、本来の基材１の材料である
工具鋼の炭素濃度であるが、浸炭層中では、浸炭処理に
より、炭素の濃度が高くなっている。更に、中間層４の
中にも、炭素が拡散処理により拡散し、基材１側が高
く、徐々に、減少する分布となっている。炭素の拡散領
域は、中間層４の厚みの内、基材側に約１／２の位置ま
でである。この拡散領域は、中間層４の厚みの内、基材
側に約２／３の位置までが好ましい。これ以上拡散領域
が厚くなると、中間層４と表面層５の密着力が低下す
る。The diffusion process will be described here. The object to be treated is exposed to a temperature of about 500 ° C. for 5 minutes during the formation of the intermediate titanium layer and for about 2 hours during the formation of the surface layer 5. Therefore, during this time, carbon diffuses from the carburized layer which is the surface treatment layer 3 into the intermediate layer and reacts with titanium Ti to titanium carbide TiC to form titanium carbide TiC. Here, the state of the diffused carbon is the same as the carbon concentration distribution of FIG. That is, in the base material 1, except for the carburized layer which is the surface treatment layer 3, the carbon concentration is the carbon concentration of the tool steel which is the original material of the base material 1, but in the carburized layer, due to the carburizing treatment, The carbon concentration is high. Further, carbon is also diffused into the intermediate layer 4 by the diffusion treatment, and the distribution is high on the base material 1 side and gradually decreases. The carbon diffusion region is within the thickness of the intermediate layer 4 up to about a half position on the base material side. This diffusion region is preferably up to about 2/3 of the thickness of the intermediate layer 4 on the substrate side. If the diffusion region becomes thicker than this, the adhesion between the intermediate layer 4 and the surface layer 5 will decrease.
【００７２】なお、表面処理層３の形成方法として、浸
炭処理を行うものとして説明したが、この表面処理層３
は、イオン注入により炭素を注入するものであってもよ
い。この場合、表面処理層３の形成と、中間層４及び表
面層５の形成は別工程とする必要がある。浸炭処理を行
う場合には、同一反応容器内で、表面処理層の形成から
中間層の形成及び表面層の形成までを一貫して行うこと
ができ、作業工程上、処理時間が短縮できる。The method for forming the surface-treated layer 3 has been described as the case where the carburizing treatment is performed.
May be one in which carbon is implanted by ion implantation. In this case, the formation of the surface treatment layer 3 and the formation of the intermediate layer 4 and the surface layer 5 need to be performed in different steps. When carrying out the carburizing treatment, it is possible to consistently carry out from the formation of the surface treatment layer to the formation of the intermediate layer and the formation of the surface layer in the same reaction vessel, and the treatment time can be shortened in terms of the work process.
【００７３】本実施例の効果は、同じく図４のグラフに
示されている。The effect of this embodiment is also shown in the graph of FIG.
【００７４】図４において、ＴｉＮＣと記載されたもの
は、浸炭層を形成し、さらに、チタン中間層及び炭窒化
チタンの表面層を形成した図１に記載のパンチを用い
て、被加工材には、変形抵抗が大きく難加工材のＪＩＳ
規格ＳＵＳ４２０Ｊ２の厚さ３．０ｍｍの板材の塑性加
工打抜きにおける寿命を示している。In FIG. 4, what is described as TiNC is used as a work material by using the punch shown in FIG. 1 in which a carburized layer is formed and a titanium intermediate layer and a surface layer of titanium carbonitride are further formed. Is a JIS material that is difficult to machine due to its large deformation resistance.
The service life of a plate material having a thickness of 3.0 mm of the standard SUS420J2 in plastic working punching is shown.
【００７５】本実施例に係る高質皮膜を被覆したパンチ
では、寿命は、表面層に炭窒化チタンを被覆したもの
で、５６，０００ショットとなり、従来法より金型寿命
向上が確認された。In the punch coated with the high quality coating according to this example, the life was 56,000 shots when the surface layer was coated with titanium carbonitride, and it was confirmed that the die life was improved as compared with the conventional method.
【００７６】５６，０００ショットで寿命となった理由
は、皮膜の剥離ではなく皮膜の摩耗であることが外観の
顕微鏡観察により確かめられた。このように、本実施例
による金型は、従来の金型に比べて金型寿命が２倍以上
延長することが明らかとなり、その結果、金型費用が低
減することや、型段取り回数やメンテナンス回数が少な
くなると共に塑性加工の安定生産や被加工物の品質の安
定化を促進するものである。It was confirmed by microscopic observation of the appearance that the reason why the life reached 56,000 shots was not the peeling of the coating but the abrasion of the coating. As described above, it becomes clear that the mold according to the present embodiment has a mold life that is more than twice as long as that of the conventional mold, and as a result, the mold cost is reduced, and the number of mold setups and maintenance are reduced. The number of times is reduced and the stable production of plastic working and the stabilization of the quality of the workpiece are promoted.
【００７７】なお、本実施例では、金型に浸炭処理、チ
タン中間層及びチタン表面層の形成を行うものとした
が、工具に同様の処理を施してもよい。In this embodiment, the mold is carburized and the titanium intermediate layer and the titanium surface layer are formed, but the tool may be subjected to the same treatment.
【００７８】本実施例によれば、中間層の中に浸炭層か
ら炭素が拡散するため、基材と中間層の密着力が向上
し、また、表面層の中も、チタンの濃度が徐々に変化す
る傾斜構造となるため、中間層と表面層の密着力が向上
する。従って、基材と皮膜の密着力が向上する。According to this example, since carbon diffuses from the carburized layer into the intermediate layer, the adhesion between the base material and the intermediate layer is improved, and the titanium concentration in the surface layer is gradually increased. Due to the changing tilt structure, the adhesion between the intermediate layer and the surface layer is improved. Therefore, the adhesion between the base material and the film is improved.
【００７９】従って、金型費用が低減し、型段取り回数
やメンテナンス回数が少なくなると共に塑性加工の安定
生産や被加工物の品質の安定化を促進する。Therefore, the die cost is reduced, the number of die setups and the number of maintenances is reduced, and stable production of plastic working and stabilization of the quality of the workpiece are promoted.
【００８０】また、浸炭層形成から中間層及び表面層形
成まで、一貫して同一反応容器内で処理できるため、処
理時間が短縮できる。Further, since it is possible to consistently carry out the processing in the same reaction vessel from the formation of the carburized layer to the formation of the intermediate layer and the surface layer, the processing time can be shortened.
【００８１】本発明のその他の実施例について図５を用
いて説明する。Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００８２】図５は、本発明のその他の実施例に係る被
処理物として、金属加工治具の中で工具としてのドリル
の側面図を示している。大きさは、φ８ｍｍ×１００ｍ
ｍである。基材１の材質は、工具鋼であり、その先端の
φ６ｍｍ×６５ｍｍの切削加工に用いる部分には、表面
皮膜２が形成されている。表面皮膜２のコーテイング範
囲は、最小６５ｍｍとしてある。FIG. 5 shows a side view of a drill as a tool in a metal working jig as an object to be processed according to another embodiment of the present invention. The size is φ8mm × 100m
m. The material of the base material 1 is tool steel, and a surface coating 2 is formed on a portion of the tip of the base material 1 used for cutting with φ6 mm × 65 mm. The coating range of the surface coating 2 is a minimum of 65 mm.
【００８３】この基材１への表面皮膜の形成は、同じく
図２に示すイオンプレーテイング装置を用いて行われ
る。ドリルの基材１は、反応容器６内の試料ホルダー７
に保持される。The surface coating is formed on the base material 1 by using the ion plating apparatus shown in FIG. The base material 1 of the drill is the sample holder 7 in the reaction vessel 6.
Is held.
【００８４】最初に、基材１に、表面処理層３が形成さ
れる。この表面処理層は、窒化層であり、基材１への窒
化処理工程について説明する。First, the surface treatment layer 3 is formed on the substrate 1. This surface treatment layer is a nitriding layer, and the nitriding treatment step for the substrate 1 will be described.
【００８５】窒化処理工程おいて、反応容器６の内圧
は、ガス排出口１５により調整して、１．３３Ｐａ×１
０-1以下とする。ガス導入口１４より導入する反応ガス
として、Ｈ2ガスおよびＮ2ガスを使用し、不活性ガスと
して、Ａｒガスを使用する。反応温度は５００−５５０
℃とする。電子銃９によりグロー放電を発生させ、ＣＨ
4ガスから窒素イオンを分離し、窒素を基材１内に拡散
させる。この時の反応時間は２時間とする。この２時間
の反応時間で、０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍの表面処理層
３としての窒化層が形成される。In the nitriding process, the internal pressure of the reaction vessel 6 was adjusted to 1.33 Pa × 1 by adjusting the gas outlet 15.
It should be 0 -1 or less. H 2 gas and N 2 gas are used as the reaction gas introduced from the gas introduction port 14, and Ar gas is used as the inert gas. Reaction temperature is 500-550
℃. Glow discharge is generated by the electron gun 9 and CH
4 Nitrogen ions are separated from the gas, and nitrogen is diffused in the substrate 1. The reaction time at this time is 2 hours. With the reaction time of 2 hours, a nitride layer of 0.1 mm to 0.2 mm as the surface treatment layer 3 is formed.
【００８６】次に、この窒化層３の上に形成される中間
層４の被覆工程について説明する。Next, the step of covering the intermediate layer 4 formed on the nitride layer 3 will be described.
【００８７】ここでは、中間層４としてクロム中間層を
被覆する。このクロム中間層の被覆は、窒化層３の形成
に引き続いて反応容器６の中で行われる。反応容器６内
の反応ガスをガス排出口１５より排出する上で、クロム
中間層の被覆工程において、ガス導入口１４より不活性
ガスのＡｒガスが導入される。反応容器６の内圧は、ガ
ス排出口１５により調整して、１．３３×１０-3Ｐａ以
下とする。るつぼ１２内には、クロム中間層を形成する
ための、蒸発物１３としてクロムを収納してある。シャ
ッター１１を開き、電子銃９を用いてるつぼ１２内の蒸
発物（クロム）１３を蒸発させ、イオン化電極１０によ
りクロムをイオン化し、試料ホルダー７に保持された金
型の基材１の表面にクロム層をクロム中間層４として形
成する。このとき、試料ホルダー７に保持された被処理
物であるドリルは、ヒーター８により７００℃に加熱す
る。７００℃以上となると、形成されたクロム中間層４
の表面が粗くなり、好ましくない。中間層の膜厚を０．
１μｍとするときの反応時間は５分とする。中間層の厚
さは、０．１μｍが好ましい。これが、余り厚いと、基
材１との密着力が低下し、余り薄いと、中間層としての
役割を果たさなくなる。クロム中間層４の形成のための
反応時間の５分が経過した後に表面層を形成するための
反応ガスを流し始めた。Here, a chromium intermediate layer is coated as the intermediate layer 4. The coating of the chromium intermediate layer is carried out in the reaction vessel 6 following the formation of the nitride layer 3. In discharging the reaction gas in the reaction container 6 through the gas discharge port 15, an inert gas, Ar gas, is introduced through the gas introduction port 14 in the step of coating the chromium intermediate layer. The internal pressure of the reaction vessel 6 is adjusted to 1.33 × 10 −3 Pa or less by adjusting the gas outlet 15. Chromium 12 is housed in the crucible 12 as an evaporated material 13 for forming a chromium intermediate layer. The shutter 11 is opened, the vaporized substance (chromium) 13 in the crucible 12 is vaporized by using the electron gun 9, the chromium is ionized by the ionization electrode 10, and the surface of the base material 1 of the mold held by the sample holder 7 is The chromium layer is formed as the chromium intermediate layer 4. At this time, the drill, which is the object to be processed, held by the sample holder 7 is heated to 700 ° C. by the heater 8. Chromium intermediate layer 4 formed above 700 ° C
The surface of is rough, which is not preferable. Set the thickness of the intermediate layer to 0.
The reaction time at 1 μm is 5 minutes. The thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 μm. If this is too thick, the adhesion with the substrate 1 will be reduced, and if it is too thin, it will not serve as an intermediate layer. After 5 minutes of the reaction time for forming the chromium intermediate layer 4, the reaction gas for forming the surface layer was started to flow.
【００８８】なお、このクロム中間層４の形成の間とこ
の後の表面層の被覆に要する約２時間の間に、表面処理
層３である窒化層から窒素がこのクロム中間層４内に拡
散するが、この点については、後述する。Nitrogen diffuses into the chromium intermediate layer 4 from the nitride layer which is the surface treatment layer 3 during the formation of the chromium intermediate layer 4 and the subsequent coating of the surface layer for about 2 hours. However, this point will be described later.
【００８９】つぎに、窒化クロムの表面層５の被覆工程
について説明する。Next, the step of coating the surface layer 5 of chromium nitride will be described.
【００９０】表面層５の被覆工程においては、クロム中
間層の被覆工程と連続で行い、反応容器６には、ガス導
入口１４より反応ガスとしてＨ2ガスおよびＮ2ガスを導
入し、不活性ガスとして、Ａｒガスを導入する。反応容
器６のの内圧は、ガス排出口１５により調整して、中間
層を形成する時と同様に、１．３３×１０-3Ｐａ以下と
する。また、反応ガスと不活性ガスとの組成比は、ガス
導入直後、反応ガス：不活性ガス＝２：８とする。試料
ホルダー７に取り付けられた被処理物は、ヒーター８に
より約７００℃に加熱する。シャッター１１を開いて、
電子銃９を用いてるつぼ１２内の蒸発物（クロム）１３
を蒸発させ、イオン化電極１０によりクロムをイオン化
する。The step of coating the surface layer 5 is carried out continuously with the step of coating the chromium intermediate layer, and H 2 gas and N 2 gas are introduced into the reaction vessel 6 through the gas inlet 14 as an inert gas. Ar gas is introduced as the gas. The internal pressure of the reaction vessel 6 is adjusted by the gas discharge port 15 to be 1.33 × 10 −3 Pa or less as in the case of forming the intermediate layer. In addition, the composition ratio of the reaction gas and the inert gas is set to reaction gas: inert gas = 2: 8 immediately after introducing the gas. The object to be processed attached to the sample holder 7 is heated to about 700 ° C. by the heater 8. Open the shutter 11,
Evaporated substance (chromium) 13 in crucible 12 using electron gun 9
Are evaporated, and chromium is ionized by the ionization electrode 10.
【００９１】反応ガスと不活性ガスとの組成比は、ガス
導入直後の反応ガス：不活性ガス＝２：８から、徐々に
反応ガス濃度を増やし、約１時間後に反応ガス：不活性
ガス＝５：５となるようにする。従って、この１時間の
間に、表面層５中のＮの濃度は徐々に増加する。一方、
クロムの濃度は徐々に減少する。従って、表面層５の
内、基材１の側では、クロム及び窒素の濃度が徐々に変
化する傾斜構造を有することになる。The composition ratio of the reaction gas and the inert gas is such that the reaction gas: inert gas = 2: 8 immediately after the introduction of the gas, the reaction gas concentration is gradually increased, and after about 1 hour, the reaction gas: inert gas = Make it 5: 5. Therefore, the concentration of N in the surface layer 5 gradually increases during this 1 hour. on the other hand,
The concentration of chromium gradually decreases. Therefore, in the surface layer 5, the base material 1 side has an inclined structure in which the concentrations of chromium and nitrogen gradually change.
【００９２】反応時間は被覆する膜厚により異なるが、
２μｍの膜厚では約２時間として、２時間後にシャッタ
ー１１を閉じた。後半の１時間は、反応ガス：不活性ガ
ス＝５：５のまま一定とする。従って、表面層５の外側
の１μｍの範囲では、窒素及びクロムの濃度は、一定で
ある。表面層５の膜厚は２μｍとして説明したが、これ
は、３μｍ程度の膜厚までが、好ましい。これ以上厚く
なると、基材１の表面から剥がれ易くなる。The reaction time depends on the film thickness to be coated,
When the film thickness is 2 μm, the shutter 11 is closed after 2 hours, which is about 2 hours. In the latter half hour, the reaction gas: inert gas = 5: 5 is kept constant. Therefore, in the range of 1 μm outside the surface layer 5, the concentrations of nitrogen and chromium are constant. Although the thickness of the surface layer 5 has been described as 2 μm, the thickness is preferably about 3 μm. If it becomes thicker than this, it becomes easy to peel from the surface of the substrate 1.
【００９３】なお、ここで、拡散工程について説明す
る。中間クロム層の形成時の５分間と表面層５の形成時
の約２時間の間、被処理物は約７００℃の温度にさらさ
れる。従って、この間、表面処理層３である窒化層から
窒素が中間層の中に拡散し、クロムＣｒから窒化クロム
ＣｒＮに反応し、窒化クロムＣｒＮが形成される。ここ
で、拡散される窒素の状態は、基材１では、表面処理層
３である窒化層を除き、窒素の濃度は、０であるが、窒
化層中では、窒化処理により、窒素の濃度が高くなって
いる。更に、中間層４の中にも、窒素が拡散処理により
拡散し、基材１側が高く、徐々に、減少する分布となっ
ている。窒素の拡散領域は、中間層４の厚みの内、基材
側に約１／２の位置までである。この拡散領域は、中間
層４の厚みの内、基材側に約２／３の位置までが好まし
い。これ以上拡散領域が厚くなると、中間層４と表面層
５の密着力が低下する。The diffusion step will be described here. The object to be treated is exposed to a temperature of about 700 ° C. for 5 minutes during the formation of the intermediate chromium layer and for about 2 hours during the formation of the surface layer 5. Therefore, during this time, nitrogen diffuses from the nitride layer which is the surface treatment layer 3 into the intermediate layer and reacts from chromium Cr to chromium nitride CrN to form chromium nitride CrN. Here, the diffused nitrogen has a nitrogen concentration of 0 in the base material 1 except for the nitride layer which is the surface treatment layer 3. However, in the nitride layer, the nitrogen concentration is 0 due to the nitriding treatment. It's getting higher. Further, nitrogen is diffused in the intermediate layer 4 by the diffusion treatment, and the distribution is high on the base material 1 side and gradually decreases. The nitrogen diffusion region is within the thickness of the intermediate layer 4 up to about a half position on the substrate side. This diffusion region is preferably up to about 2/3 of the thickness of the intermediate layer 4 on the substrate side. If the diffusion region becomes thicker than this, the adhesion between the intermediate layer 4 and the surface layer 5 will decrease.
【００９４】なお、表面処理層３の形成方法として、窒
化処理を行うものとして説明したが、この表面処理層３
は、イオン注入により窒素を注入するものであってもよ
い。この場合、表面処理層３の形成と、中間層４及び表
面層５の形成は別工程とする必要がある。窒化処理を行
う場合には、同一反応容器内で、表面処理層の形成から
中間層の形成及び表面層の形成までを一貫して行うこと
ができ、作業工程上、処理時間が短縮できる。The method for forming the surface treatment layer 3 has been described as the nitriding treatment.
May be one in which nitrogen is implanted by ion implantation. In this case, the formation of the surface treatment layer 3 and the formation of the intermediate layer 4 and the surface layer 5 need to be performed in different steps. When performing the nitriding treatment, it is possible to consistently perform the formation of the surface treatment layer, the formation of the intermediate layer and the formation of the surface layer in the same reaction vessel, and the treatment time can be shortened in terms of the work process.
【００９５】本実施例によれば、中間層の中に窒化層か
ら窒素が拡散するため、基材と中間層の密着力が向上
し、また、表面層の中も、クロム及び窒素の濃度が徐々
に変化する傾斜構造となるため、中間層と表面層の密着
力が向上する。従って、基材と皮膜の密着力が向上す
る。According to this embodiment, since nitrogen is diffused from the nitride layer into the intermediate layer, the adhesion between the base material and the intermediate layer is improved, and the surface layer also contains chromium and nitrogen. Since the structure gradually changes, the adhesion between the intermediate layer and the surface layer is improved. Therefore, the adhesion between the base material and the film is improved.
【００９６】従って、工具寿命が向上する。Therefore, the tool life is improved.
【００９７】また、窒化層形成から中間層及び表面層形
成まで、一貫して同一反応容器内で処理できるため、処
理時間が短縮できる。Further, from the formation of the nitride layer to the formation of the intermediate layer and the surface layer, the treatment can be performed in the same reaction vessel in a consistent manner, so that the treatment time can be shortened.
【００９８】なお、上述の実施例では、工具に窒化処
理、クロム中間層及びクロム表面層の形成を行うものと
したが、これは、塑性加工用金型に適用してもよい。In the above embodiment, the tool is subjected to the nitriding treatment and the chromium intermediate layer and the chromium surface layer are formed, but this may be applied to the plastic working die.
【００９９】また、窒化表面処理を行った基材の表面
は、滑らかであるため、その上に形成したクロム中間層
やクロム表面層も滑らかであるため、公差の厳しい金型
に、例えば、公差が±３／１０００のようなものに適用
する場合には好適である。Since the surface of the base material subjected to the nitriding surface treatment is smooth, the chromium intermediate layer and the chromium surface layer formed thereon are also smooth. Is suitable when applied to such things as ± 3/1000.
【０１００】なお、表面処理層、中間層及び表面層にお
ける元素の組合せとしては、次のものが上がられる。The combinations of elements in the surface treatment layer, the intermediate layer and the surface layer are as follows.
【０１０１】１）表面処理層：窒化層若しくは窒素イオ
ン注入、中間層：チタン、表面層：窒化チタン若しくは
炭窒化チタン ２）表面処理層：浸炭層若しくは炭素イオン注入、中間
層：クロム、表面層：窒化クロム これらの実施例についても、基材と中間層の密着力が向
上し、また、中間層と表面層の密着力が向上するため、
金型や工具の寿命を向上できる。1) Surface treatment layer: nitride layer or nitrogen ion implantation, intermediate layer: titanium, surface layer: titanium nitride or titanium carbonitride 2) Surface treatment layer: carburizing layer or carbon ion implantation, intermediate layer: chromium, surface layer : Chromium Nitride Also in these examples, the adhesion between the base material and the intermediate layer is improved, and the adhesion between the intermediate layer and the surface layer is also improved.
The life of molds and tools can be improved.
【０１０２】[0102]
【発明の効果】本発明によれば、表面皮膜を有する金属
加工治具の表面皮膜の密着力の向上することができる。According to the present invention, the adhesion of the surface coating of the metal working jig having the surface coating can be improved.
【０１０３】また、本発明によれば、金属加工治具の表
面皮膜形成方法により、密着力の向上した表面皮膜を容
易に形成できる。Further, according to the present invention, the surface coating having the improved adhesion can be easily formed by the method for forming the surface coating of the metal working jig.
【図１】本発明の一実施例を適用した高耐久金型の側面
図である。FIG. 1 is a side view of a highly durable mold to which an embodiment of the present invention is applied.
【図２】本発明の一実施例の実施のために用いるイオン
プレーテイング装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an ion plating apparatus used for carrying out one embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施例を適用した高耐久性金型の表
面皮膜付近の模式図である。FIG. 3 is a schematic view of the vicinity of a surface coating of a highly durable mold to which an embodiment of the present invention is applied.
【図４】本発明の一実施例の効果を従来法と対比して示
すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the effect of one embodiment of the present invention in comparison with the conventional method.
【図５】本発明のその他の実施例を適用した工具の側面
図である。FIG. 5 is a side view of a tool to which another embodiment of the present invention is applied.
１……基材 ２……皮膜 ３……表面処理層 ４……中間層 ５……表面層 ６……反応容器 ７……試料ホルダー ８……ヒーター ９……電子銃 １０……イオン化電極 １１……シャッター １２……るつぼ １３……蒸発物（チタン） １４……ガス導入口 １５……ガス排出口 1 ... Substrate 2 ... Film 3 ... Surface treatment layer 4 ... Intermediate layer 5 ... Surface layer 6 ... Reaction vessel 7 ... Sample holder 8 ... Heater 9 ... Electron gun 10 ... Ionization electrode 11 ...... Shutter 12 ...... Crucible 13 ...... Evaporate (titanium) 14 ...... Gas inlet 15 ...... Gas outlet
Claims (10)
治具において、上記基材の表面に炭素若しくは窒素を拡
散され若しくは注入された表面処理層と、この表面処理
層の上にチタン若しくはクロムを被覆された中間層と、
この中間層の上にチタン若しくはクロムの化合物を傾斜
構造にて形成された表面層とを有し、更に、上記表面処
理層中の炭素若しくは窒素を上記中間層に拡散させたこ
とを特徴とする金属加工治具。1. A metal processing jig having a surface coating on the surface of a base material, wherein a surface treatment layer having carbon or nitrogen diffused or injected into the surface of the base material, and titanium or titanium on the surface treatment layer. An intermediate layer coated with chromium,
On the intermediate layer, there is provided a surface layer in which a compound of titanium or chromium is formed in a graded structure, and further carbon or nitrogen in the surface treatment layer is diffused into the intermediate layer. Metal processing jig.
上記表面層であるチタン若しくはクロムの化合物は、窒
化チタン、窒化クロム又は炭窒化チタンのいづれかであ
ることを特徴とする金属加工治具。2. The metal working jig according to claim 1, wherein
The metal working jig, wherein the compound of titanium or chromium which is the surface layer is any one of titanium nitride, chromium nitride and titanium carbonitride.
上記表面処理層は、直流グロー放電を用いて形成された
浸炭層であることを特徴とする金属加工治具。3. The metal working jig according to claim 1, wherein
The metal working jig, wherein the surface treatment layer is a carburized layer formed by using direct current glow discharge.
上記表面処理層は、直流グロー放電を用いて形成された
窒化層であることを特徴とする金属加工治具。4. The metal working jig according to claim 1,
The metal working jig, wherein the surface treatment layer is a nitride layer formed by using direct current glow discharge.
上記表面処理層は、炭素若しくは窒素をイオン注入され
たイオン注入層であることを特徴とする金属加工治具。5. The metal working jig according to claim 1,
The metal processing jig, wherein the surface treatment layer is an ion-implanted layer in which carbon or nitrogen is ion-implanted.
上記表面層の傾斜構造は、物理蒸着法により反応ガス濃
度を徐々に変えながら形成することを特徴とする金属加
工治具。6. The metal working jig according to claim 1, wherein
The metal working jig, wherein the inclined structure of the surface layer is formed by a physical vapor deposition method while gradually changing the reaction gas concentration.
工治具の表面皮膜形成方法において、上記基材の表面に
炭素若しくは窒素を拡散し若しくは注入して表面処理層
を形成する工程と、この表面処理層の上にチタン若しく
はクロムを被覆して中間層を形成する工程と、この中間
層の上に反応ガスの濃度を徐々に変えながらチタンの窒
化物若しくは炭窒化物又はクロムの窒化物を傾斜構造に
て形成して表面層を形成する工程と、上記中間層に上記
表面処理層から炭素若しくは窒素を拡散させる工程とを
有する金属加工治具の表面皮膜形成方法。7. A method of forming a surface coating on a surface of a base material, the method comprising forming a surface coating on a surface of the base material by diffusing or injecting carbon or nitrogen into the surface of the base material. A step of forming an intermediate layer by coating titanium or chromium on the surface-treated layer and nitriding titanium nitride or carbonitride or chromium while gradually changing the concentration of the reaction gas on the intermediate layer. A method for forming a surface coating of a metal working jig, comprising: a step of forming an object in an inclined structure to form a surface layer; and a step of diffusing carbon or nitrogen from the surface treatment layer into the intermediate layer.
形成方法において、上記表面層であるチタン若しくはク
ロムの化合物は、窒化チタン、窒化クロム又は炭窒化チ
タンのいづれかで形成されていることを特徴とする金属
加工治具の表面皮膜形成方法。8. The method for forming a surface coating of a metal working jig according to claim 7, wherein the compound of titanium or chromium that is the surface layer is formed of titanium nitride, chromium nitride or titanium carbonitride. A method for forming a surface coating on a metal working jig, characterized by:
形成方法において、上記表面処理層は、直流グロー放電
を用いてを形成された浸炭層又は窒化層であることを特
徴とする金属加工治具の表面皮膜形成方法。9. The method according to claim 7, wherein the surface treatment layer is a carburized layer or a nitrided layer formed by using direct current glow discharge. Method for forming surface film on processing jig.
膜形成方法において、上記表面処理層は、炭素若しくは
窒素をイオン注入されたイオン注入層であることを特徴
とする金属加工治具の表面皮膜形成方法。10. The method for forming a surface coating on a metal working jig according to claim 7, wherein the surface treatment layer is an ion-implanted layer into which carbon or nitrogen is ion-implanted. Surface film formation method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP337495A JPH08193261A (en) | 1995-01-12 | 1995-01-12 | Metallic working jig and formation of surface film thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP337495A JPH08193261A (en) | 1995-01-12 | 1995-01-12 | Metallic working jig and formation of surface film thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08193261A true JPH08193261A (en) | 1996-07-30 |
Family
ID=11555584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP337495A Pending JPH08193261A (en) | 1995-01-12 | 1995-01-12 | Metallic working jig and formation of surface film thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08193261A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001247369A (en) * | 2000-03-01 | 2001-09-11 | Kyocera Corp | Cutting tool and method for producing the same |
| JP2002088463A (en) * | 2000-07-12 | 2002-03-27 | Osaka Prefecture | Method for surface treatment of titanium metal |
-
1995
- 1995-01-12 JP JP337495A patent/JPH08193261A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001247369A (en) * | 2000-03-01 | 2001-09-11 | Kyocera Corp | Cutting tool and method for producing the same |
| JP2002088463A (en) * | 2000-07-12 | 2002-03-27 | Osaka Prefecture | Method for surface treatment of titanium metal |
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