覆盖工具及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种覆盖工具，其是在基材的表面上覆盖有类金刚石覆膜的覆盖工具，前述类金刚石覆膜的纳米压痕硬度为50GPa以上且100GPa以下，前述类金刚石覆膜的氢原子和氮原子的含量从基材侧向厚度方向减少，前述类金刚石覆膜的表面的氢原子的含量为0.5原子％以下、氮原子的含量为2原子％以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及例如冲压加工用的模具、锻造用的模具、锯片等切割工具或钻头等切削工具等的、覆盖有类金刚石覆膜(以下称为“DLC覆膜”。)的覆盖工具及其制造方法。
技术介绍
用模具对铝、铜和树脂等被加工材料进行成型加工时，由于部分被加工材料附着于模具的表面上，因此有时会产生卡挂、划痕等产品异常。为了解决这种问题，应用一种在模具的表面上覆盖有DLC覆膜的覆盖模具。实质上不含有氢的DLC覆膜(Tetrahedralamorphouscarbon覆膜：ta-C覆膜，四面体无定形碳覆膜)因高硬度且耐磨性优异，而被广泛地用于覆盖模具。然而，实质上不含有氢的高硬度的DLC覆膜是通过利用了石墨靶的电弧离子镀法形成的，被称为小滴(droplet)的大小为几微米的颗粒(石墨球)会不可避免地混入至DLC覆膜，从而使DLC覆膜的表面粗糙度恶化。对于这样的问题，在专利文献1中公开了通过应用具备收集小滴的机构的过滤电弧离子镀法(FilteredArcIonPlating)，从而能够覆盖平滑且高硬度的实质上不含有氢的DLC覆膜。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-297171号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题通过应用专利文献1这样的、高硬度且平滑的表面状态的DLC覆膜，能够期待改善工具特性。然而，存在高硬度的DLC覆膜与基材的密合性不良的倾向。根据本专利技术人的研究，确认到：特别是将碳化物多的SKD11等冷作工具钢(例如，含碳率为1质量％以上的高碳钢)等用于基材时，有基体与碳化物之间产生间隙，以该间隙为起点易于产生DLC覆膜剥离的倾向，从而刚覆盖之后的DLC覆膜有时会产生剥离。本专利技术是鉴于以上这样的情况而做出的，涉及密合性优异的覆盖工具及其制造方法。用于解决问题的方案本专利技术人发现能够改善高硬度的DLC覆膜的密合性的具体的覆膜构造、和用于实现该构造的有效的覆盖方法，从而完成本专利技术。用于完成前述课题的具体方案如以下所示。即，本专利技术为一种密合性优异的覆盖工具，其是在基材的表面覆盖有DLC(类金刚石)覆膜的覆盖工具，前述DLC覆膜的纳米压痕硬度为50GPa以上且100GPa以下；前述DLC覆膜的氢原子和氮原子的含量从基材侧向厚度方向(表面侧)减少；前述DLC覆膜的表面的氢原子的含量为0.5原子％以下、氮原子的含量为2原子％以下。对于前述DLC覆膜的表面粗糙度，优选的是，算术平均粗糙度Ra为0.03μm以下，最大高度粗糙度Rz为0.5μm以下。前述DLC覆膜的基材的表面的氢原子的含量优选为0.7原子％以上且7原子％以下、氮原子的含量优选大于2原子％且为10原子％以下。另外，类金刚石覆膜的膜厚优选为0.1μm～1.5μm的范围。作为基材，优选含碳率为1质量％以上的高碳钢或者超硬合金。另外，本专利技术的覆盖工具的制造方法是利用过滤电弧离子镀法在基材的表面覆盖DLC(类金刚石)覆膜的覆盖工具的制造方法，包括以下工序：气体轰击处理工序：向炉内导入含氢原子的混合气体，对前述基材的表面进行气体轰击处理的工序；以及覆盖工序：接着，向气体轰击(gasbombard)处理后的前述炉内导入氮气，一边减少向炉内导入的前述氮气的流量，一边使用石墨靶对前述基材的表面覆盖DLC覆膜的工序。前述混合气体优选为含有氩气、和相对于混合气体总质量为4质量％以上的氢气的混合气体。前述覆盖工序优选在一边减少向炉内导入的前述氮气的流量一边覆盖类金刚石覆膜之后，进而停止氮气的导入(使氮气的导入量减少至0sccm)而覆盖类金刚石覆膜。另外，在前述覆盖工序中，向炉内导入的氮气的流量优选为5sccm以上且30sccm以下。专利技术的效果根据本专利技术，能提供密合性优异的覆盖工具及其制造方法。附图说明图1是表示本专利技术例的试样No.1的DLC覆膜的辉光放电发射光谱分析结果的曲线图。图2是表示本专利技术例的试样No.2的DLC覆膜的辉光放电发射光谱分析结果的曲线图。图3是表示本专利技术例的试样No.3的DLC覆膜的辉光放电发射光谱分析结果的曲线图。图4是表示比较试样No.1的DLC覆膜的辉光放电发射光谱分析结果的曲线图。图5是表示比较试样No.2的DLC覆膜的辉光放电发射光谱分析结果的曲线图。图6是表示比较试样No.3的DLC覆膜的辉光放电发射光谱分析结果的曲线图。图7是表示本专利技术例的试样No.1的DLC覆膜的俄歇电子能谱分析结果的曲线图。图8是表示本专利技术例的试样No.3的DLC覆膜的俄歇电子能谱分析结果的曲线图。图9是表示比较试样No.3的DLC覆膜的俄歇电子能谱分析结果的曲线图。图10是实施例中使用的T字型过滤电弧成膜装置的示意图。图11是本专利技术例的试样No.1～No.3的DLC覆膜的利用光学显微镜的表面观察照片。图12是比较试样No.1～No.6的DLC覆膜的利用光学显微镜的表面观察照片。图13是球盘试验后的本专利技术例的各试样的利用光学显微镜的表面观察照片。图14是球盘试验后的各比较试样的利用光学显微镜的表面观察照片。具体实施方式本专利技术的覆盖工具是在基材的表面上覆盖有类金刚石覆膜的覆盖工具，从覆膜表面测定的纳米压痕硬度为50GPa以上且100GPa以下。本专利技术的覆盖工具是在基材上具有从覆膜表面测定的纳米压痕硬度为50GPa以上的高硬度的DLC覆膜的覆盖工具。若纳米压痕硬度为小于50GPa的低硬度，则耐磨性下降，因此工具寿命变得不充分。另一方面，若覆膜的硬度为大于100GPa的高硬度，则残余应力变得过高，与基材的密合性下降。从耐磨性良好且与基材的密合更优异的观点出发，本专利技术的DLC覆膜的纳米压痕硬度更优选为55GPa以上、进一步优选为60GPa以上。另外，DLC覆膜的纳米压痕硬度更优选为95GPa以下，进一步优选为90GPa以下。纳米压痕硬度是将探针压入试样(DLC覆膜)而使其塑性变形时的塑性硬度，根据压入荷重与压入深度(位移)求出荷重-位移曲线，算出硬度。具体而言，使用ElionixCo.,Ltd.制造的纳米压痕装置，以压入荷重9.8mN、最大荷重保持时间1秒、荷重负载后的去除速度0.49mN/秒的测定条件，测定10个点的覆膜表面的硬度，由去掉了值大的2个点与值小的2个点后的6个点的平均值来求得。高硬度的DLC覆膜有内部应力极高且缺乏与基材的密合性的倾向。因此，以往提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种覆盖工具，其是在基材的表面上覆盖有类金刚石覆膜的覆盖工具，所述类金刚石覆膜的纳米压痕硬度为50GPa以上且100GPa以下，所述类金刚石覆膜的氢原子和氮原子的含量从所述基材侧向厚度方向减少，所述类金刚石覆膜的表面的氢原子的含量为0.5原子％以下、氮原子的含量为2原子％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.29 JP 2013-0736171.一种覆盖工具，其是在基材的表面上覆盖有类金刚石覆膜的覆盖工
具，
所述类金刚石覆膜的纳米压痕硬度为50GPa以上且100GPa以下，
所述类金刚石覆膜的氢原子和氮原子的含量从所述基材侧向厚度方向
减少，
所述类金刚石覆膜的表面的氢原子的含量为0.5原子％以下、氮原子的含
量为2原子％以下。
2.根据权利要求1所述的覆盖工具，其中，所述类金刚石覆膜的表面粗
糙度中，算术平均粗糙度Ra为0.03μm以下、最大高度粗糙度Rz为0.5μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的覆盖工具，其中，所述类金刚石覆膜的基材
侧的表面的氢原子的含量为0.7原子％以上且7原子％以下、氮原子的含量大
于2原子％且为10原子％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的覆盖工具，其中，所述类金刚石覆
膜的膜厚为0.1μm～1.5μm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的覆盖工具，其中，所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙勒·阿布苏里克，井上谦一，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP