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JP2001179420A - Die cast die, and its manufacturing method - Google Patents

Die cast die, and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2001179420A
JP2001179420A JP2000162981A JP2000162981A JP2001179420A JP 2001179420 A JP2001179420 A JP 2001179420A JP 2000162981 A JP2000162981 A JP 2000162981A JP 2000162981 A JP2000162981 A JP 2000162981A JP 2001179420 A JP2001179420 A JP 2001179420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molten
mold
die
metal
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000162981A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Negishi
広明 根岸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP2000162981A priority Critical patent/JP2001179420A/en
Publication of JP2001179420A publication Critical patent/JP2001179420A/en
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  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a die cast die which is sufficient in corrosion resistance against the molten or partially solidified metal, excellent in releasability and capable of increasing the service life, and its manufacturing method. SOLUTION: In the die cast die to cast the molten or partially solidified metal, a part of or an entire part of a surface in contact with at least the molten or partially solidified metal is modified into the surface of a compound or a mixture of a die base metal element modified by the ion implantation and an implanted element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
やマグネシウム合金、亜鉛合金などの溶融または半溶融
状態の金属を成形するダイカスト用金型およびその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a die casting die for molding a metal in a molten or semi-molten state, such as an aluminum alloy, a magnesium alloy, a zinc alloy, and the like, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイカスト用金型において、成形材料と
しての溶融金属と接触する面を被覆することは、従来か
ら広く行われている。それらの多くは物理的蒸着方法で
あるPVD法、化学的蒸着方法であるCVD法等を用
い、金型表面に炭化チタン(TiC)、窒化チタン(T
iN)、炭窒化チタン(TiCN)等の被膜を数μmの
厚さで形成することにより行われる。
2. Description of the Related Art In a die for a die-casting, it has been widely practiced to coat a surface in contact with a molten metal as a molding material. Most of them use a physical vapor deposition method such as PVD method or a chemical vapor deposition method such as CVD method, and apply titanium carbide (TiC), titanium nitride (T
iN), a film of titanium carbonitride (TiCN) or the like with a thickness of several μm.

【0003】これらの被膜は、高硬度であり、かつ耐摩
耗性に優れており、鋳造される溶融金属に対する耐食性
という点でも金型母材の鋼鉄、ニッケル合金、コバルト
合金、タングステン基合金等より優れている、といった
長所を備えてはいるものの、金型の長寿命化を図る上で
は耐熱性の点で十分なものではなかった。
[0003] These coatings are high in hardness and excellent in abrasion resistance. In terms of corrosion resistance to the molten metal to be cast, these coatings are different from those of steel, nickel alloy, cobalt alloy, tungsten base alloy and the like of a mold base material. Although it has the advantage of being excellent, it is not sufficient in terms of heat resistance to extend the life of the mold.

【0004】この問題を解決するために、特開平7−1
12266号公報には、これらの被膜より耐熱性に優れ
るTiAlN(窒化チタンアルミ)からなるセラミック
膜を金型の母材に被覆することが記載されている。
To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 12266 describes that a base material of a mold is coated with a ceramic film made of TiAlN (titanium aluminum nitride) having better heat resistance than these films.

【0005】このTiAlN膜による被膜によれば、T
iN等の膜に比べ、金型の耐久性をある程度向上させる
ことはできるが、PVD法やCVD法等の成膜法そのも
のの問題である膜欠陥等は発生してしまい、金型の長寿
命化を図る上では、依然として十分なものではなかっ
た。
According to this TiAlN film, T
Although the durability of the mold can be improved to some extent as compared with a film such as iN, film defects and the like, which are problems of the film forming method itself such as the PVD method and the CVD method, occur, and the mold has a long service life. It was still not enough to make the transition.

【0006】これは、被膜のピンホール等の欠陥部から
溶融金属が母材に浸透して母材が侵され、被膜そのもの
は侵されなくても被膜としての機能が損なわれることに
起因する。
This is because the molten metal penetrates into the base material from a defective portion such as a pinhole of the coating and the base material is eroded. Even if the coating itself is not eroded, the function of the coating is impaired.

【0007】このことは、刊行物「型技術、第5巻、第
10号(1990)、31頁」に記載されているが、実
際にも、PVD法やCVD法で成膜した炭化チタン(T
iC)、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiC
N)、窒化チタンアルミ(TiAlN)等の被膜にはピ
ンホール等の欠陥があり、これが溶融金属に対する金型
の耐食性に悪影響を与えることは、当業者には広く知ら
れている。それゆえ上記刊行物にも、PVD法やCVD
法で成膜した被膜が、その表面欠陥から局部的な浸食現
象が起こることで十分な耐食性が得られないことを理由
に、その対策として多層のコーティングにしたり、アン
ダーコートとしてクロムめっき被膜を設けることにより
耐食性の改善を図るよう示唆されている。
[0007] This is described in the publication "Mold Technology, Vol. 5, No. 10 (1990), page 31". In practice, however, titanium carbide (PVD or CVD) is used. T
iC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiC)
It is widely known to those skilled in the art that coatings such as N) and titanium aluminum nitride (TiAlN) have defects such as pinholes, which adversely affect the corrosion resistance of the mold against molten metal. Therefore, in the above publication, PVD method and CVD
Because the film formed by the method does not have sufficient corrosion resistance due to local erosion phenomenon due to its surface defects, a multilayer coating is provided as a countermeasure or a chrome plating film is provided as an undercoat It is suggested to improve the corrosion resistance.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、クロムめっ
き被膜を設ける方法は、これをアルミダイカスト用金型
に適用すると、めっき被膜のクロムと溶湯としてのアル
ミニウムが反応して合金化してしまうことから、実質的
な耐食性の改善は困難であった。また、多層膜にするこ
とは、コスト高になる上、膜厚設定等の膜設計が難し
く、膜応力も増大するため、剥離しやすくなっていた。
However, the method of providing a chromium plating film, when applied to a die for aluminum die casting, causes chromium in the plating film to react with aluminum as molten metal to form an alloy. Substantial improvement in corrosion resistance was difficult. In addition, the use of a multilayer film increases the cost, makes it difficult to design the film such as setting the film thickness, and increases the film stress.

【0009】さらに、上記PVD法やCVD法等によ
り、チタン(Ti)系やクロム(Cr)系等の金属を含
む結合を持つ膜を成膜しても、被膜は完全なセラミック
膜にはなっておらず、一部チタン、クロム等の金属成分
が残留してしまう。この金属成分が、鋳造される溶融金
属の熱で酸化して金型の劣化を促進したり、溶融金属と
反応して焼き付きや溶損等の原因にもなっている。
Further, even if a film having a bond containing a metal such as titanium (Ti) or chromium (Cr) is formed by the PVD method, the CVD method, or the like, the film becomes a complete ceramic film. And some metal components such as titanium and chromium remain. The metal component is oxidized by the heat of the molten metal to be cast to accelerate the deterioration of the mold, or reacts with the molten metal to cause seizure or melting.

【0010】すなわち、被膜に残留した金属成分と鋳造
される溶融金属とが高温で金属間化合物を形成し、この
金属間化合物が金型表面に付着したり(焼き付き)、溶
融金属すなわちダイカスト製品側に移ることで金型を欠
損させたり(溶損)するわけである。
That is, the metal component remaining in the coating and the molten metal to be cast form an intermetallic compound at a high temperature, and this intermetallic compound adheres to the die surface (seizure), or the molten metal, that is, the die-cast product side. In this case, the mold is damaged (melted).

【0011】このことは、金属母材の金型を用いて溶融
金属を鋳造するダイカスト鋳造に固有の現象であり、ま
た問題点でもある。
This is a phenomenon peculiar to die casting in which a molten metal is cast using a metal base metal mold, and is also a problem.

【0012】また、なかでも溶湯を高速で鋳込むダイカ
スト鋳造では、金型と被膜の界面から剥離が発生しやす
いという問題も発生する。これは、表面を流れる溶融金
属と被膜との摩擦抵抗が大きいことで、溶湯が金型表面
を流れていく際に被膜を金型から引き剥がしてしまうた
めである。
[0012] In particular, in die casting, in which a molten metal is cast at a high speed, there is a problem that peeling is likely to occur from an interface between a mold and a coating. This is because, due to the large frictional resistance between the molten metal flowing on the surface and the coating film, the coating film is peeled off from the mold when the molten metal flows on the mold surface.

【0013】従って、ピンホールや残留金属等の膜欠陥
がなく、被膜と金型との密着力が高く、表面の摩擦抵抗
を減らすことがダイカスト金型の最大の課題となってい
る。
Therefore, there is no film defect such as pinholes or residual metals, the adhesion between the film and the mold is high, and reducing the frictional resistance of the surface is the biggest problem of the die casting mold.

【0014】本発明は、上記従来技術の問題点に着目し
てなされたものであって、溶融または半溶融状態の金属
に対して十分な耐食性を有し、離型性が良好でかつ寿命
を延命化できるダイカスト用金型およびその製造方法を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has sufficient corrosion resistance to a metal in a molten or semi-molten state, has good mold release properties, and has a long life. An object of the present invention is to provide a die casting mold capable of extending the life and a method of manufacturing the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1のダイカスト用金型は、溶融また
は半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金型におい
て、少なくとも上記溶融または半溶融状態の金属と接触
する面の一部または全部が、イオン注入により改質され
た母材元素と注入元素との化合物表面または混合物表面
となっていることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state. A part or all of a surface in contact with a metal in a semi-molten state is a compound surface or a mixture surface of a base material element modified by ion implantation and an implanted element.

【0016】本発明の請求項2のダイカスト用金型は、
溶融または半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金
型において、少なくとも上記溶融または半溶融状態の金
属と接触する面の一部または全部が、イオン注入により
改質されたセラミック膜で被覆されていることを特徴と
する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a die casting mold,
In a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state is coated with a ceramic film modified by ion implantation. It is characterized by the following.

【0017】本発明の請求項3のダイカスト用金型は、
溶融または半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金
型において、少なくとも上記溶融または半溶融状態の金
属と接触する面の一部または全部に、窒化物系セラミッ
ク、酸化物系セラミック、炭化物系セラミック、硼化物
系セラミックから選ばれた少なくとも1つを含むセラミ
ック膜が成膜されており、このセラミック膜に窒素イオ
ン、酸素イオン、炭素イオン、硼素イオン、不活性ガス
の少なくとも1つを含むイオンが注入されていることを
特徴とする。
According to the third aspect of the present invention, there is provided a die casting mold,
In a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, at least a part or all of the surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state, nitride-based ceramic, oxide-based ceramic, carbide-based ceramic, A ceramic film containing at least one selected from boride-based ceramics is formed, and ions containing at least one of nitrogen ions, oxygen ions, carbon ions, boron ions, and an inert gas are implanted into the ceramic film. It is characterized by having been done.

【0018】本発明の請求項4のダイカスト用金型は、
溶融または半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金
型において、少なくとも上記溶融または半溶融状態の金
属と接触する面の一部または全部に、窒化物系セラミッ
ク、酸化物系セラミック、炭化物系セラミック、硼化物
系セラミックから選ばれた少なくとも1つを含むセラミ
ック膜が成膜されており、このセラミック膜に対し窒化
処理、酸化処理、炭化処理、硼化処理から選ばれる少な
くとも1つの処理がなされていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a die casting mold,
In a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, at least a part or all of the surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state, nitride-based ceramic, oxide-based ceramic, carbide-based ceramic, A ceramic film containing at least one selected from boride-based ceramics is formed, and the ceramic film is subjected to at least one treatment selected from a nitriding treatment, an oxidation treatment, a carbonization treatment, and a boride treatment. It is characterized by the following.

【0019】本発明の請求項5のダイカスト用金型の製
造方法は、溶融または半溶融状態の金属を鋳造するダイ
カスト用金型の製造方法において、少なくとも上記溶融
または半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部
に、イオンを注入する工程を有することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a die casting die for casting a metal in a molten or semi-molten state, wherein the method is in contact with at least the metal in the molten or semi-molten state. The method is characterized by including a step of implanting ions into part or all of the surface.

【0020】本発明の請求項6のダイカスト用金型の製
造方法は、溶融または半溶融状態の金属を鋳造するダイ
カスト用金型の製造方法において、少なくとも上記溶融
または半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部
に、セラミック膜を成膜する工程と、このセラミック膜
表面にイオンを注入する工程とを有することを特徴とす
る。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, wherein the method is in contact with at least the metal in the molten or semi-molten state. The method includes a step of forming a ceramic film on part or all of the surface, and a step of implanting ions into the surface of the ceramic film.

【0021】本発明の請求項7のダイカスト用金型の製
造方法は、請求項6記載のダイカス用金型の製造方法に
あって、上記セラミック膜が、窒化物系セラミック、酸
化物系セラミック、炭化物系セラミック、硼化物系セラ
ミックから選ばれた少なくとも1つを含むセラミック膜
であり、上記イオンが、窒素イオン、酸素イオン、炭素
イオン、硼素イオン、不活性ガスの少なくとも1つを含
むイオンであることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a die casting die, wherein the ceramic film is made of a nitride ceramic, an oxide ceramic, A ceramic film containing at least one selected from carbide-based ceramics and boride-based ceramics, wherein the ions are ions containing at least one of nitrogen ions, oxygen ions, carbon ions, boron ions, and an inert gas. It is characterized by the following.

【0022】本発明の請求項8のダイカスト用金型の製
造方法は、溶融または半溶融状態の金属を鋳造するダイ
カスト用金型の製造方法において、少なくとも上記溶融
または半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部
に、窒化物系セラミック、酸化物系セラミック、炭化物
系セラミック、硼化物系セラミックから選ばれた少なく
とも1つを含むセラミック膜を成膜する工程と、上記セ
ラミック膜に対し窒化処理、酸化処理、炭化処理、硼化
処理から選ばれる少なくとも1つの処理を行う工程とを
有することを特徴とする。
According to a eighth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, wherein the method is in contact with at least the metal in the molten or semi-molten state. Forming a ceramic film containing at least one selected from a nitride ceramic, an oxide ceramic, a carbide ceramic, and a boride ceramic on part or all of the surface; Performing at least one treatment selected from a treatment, an oxidation treatment, a carbonization treatment, and a boride treatment.

【0023】本発明の請求項1および請求項5によれ
ば、イオン注入は、イオンを加速して金型の表面に強制
的に元素を添加する技術である。すなわち、ダイカスト
用金型の少なくとも溶融または半溶融状態の金属と接触
する面の一部または全部にイオンを注入することで、金
型母材の被注入面の元素と注入するイオンとの衝突、反
跳により、被注入面の元素が励起されるため、被注入面
の元素と注入される元素との合成が起こり、それらの化
合物表面または混合物表面が得られる。
According to the first and fifth aspects of the present invention, the ion implantation is a technique for accelerating ions to forcibly add an element to the surface of a mold. That is, by injecting ions into at least a part or all of the surface of the die casting die that is in contact with the metal in the molten or semi-molten state, collision between the elements to be injected of the die base material and the ions to be injected, The recoil excites the elements on the surface to be implanted, so that the elements on the surface to be implanted and the elements to be implanted are synthesized, and a compound surface or a mixture surface thereof is obtained.

【0024】イオンが注入された表面は、結晶が小さく
かつ緻密で均一になり、熱による結晶成長を抑制するこ
とができる。また、イオン注入された母材表面は、硬度
が向上するとともに、摩擦係数が低下し、耐摩耗性が向
上する。
On the surface into which the ions are implanted, the crystals are small, dense and uniform, and crystal growth due to heat can be suppressed. Further, the hardness of the ion-implanted base material surface is improved, the coefficient of friction is reduced, and the wear resistance is improved.

【0025】さらに、被注入面の元素と注入するイオン
を適宜変更し、所望の母材表面を作製することができ
る。また、イオン注入条件の変更により、母材表面のイ
オン量やイオン注入深さを変更させた表面を形成するこ
とが可能となる。
Further, the desired base material surface can be produced by appropriately changing the elements to be implanted and the ions to be implanted. Further, by changing the ion implantation conditions, it is possible to form a surface in which the ion amount and the ion implantation depth of the base material surface are changed.

【0026】本発明の請求項2および請求項6によれ
ば、ダイカスト用金型の少なくとも溶融または半溶融状
態の金属と接触する面の一部または全部にセラミック膜
を形成するには、物理的蒸着方法であるPVD法、化学
的蒸着方法であるCVD法等を用いる。
According to the second and sixth aspects of the present invention, in order to form a ceramic film on at least a part or all of a surface of a die for die casting that comes into contact with a metal in a molten or semi-molten state, it is necessary to use a physical method. A PVD method as a vapor deposition method, a CVD method as a chemical vapor deposition method, or the like is used.

【0027】このような成膜法によって形成されたセラ
ミック膜表面には、前述したとおりピンホールや残留金
属等の欠陥が存在するが、セラミック膜表面にイオンを
注入することにより、ピンホールが消滅または拡散され
ることでセラミック膜表面から完全に除去されるととも
に、残留金属も注入されたイオンと結合して完全なセラ
ミック膜となる。
As described above, defects such as pinholes and residual metals exist on the surface of the ceramic film formed by such a film forming method, but the pinholes disappear by ion implantation into the surface of the ceramic film. Alternatively, the metal is completely removed from the surface of the ceramic film by being diffused, and the residual metal is also combined with the implanted ions to form a complete ceramic film.

【0028】こうしたセラミック膜表面は、溶融または
半溶融状態の金属と金型母材との接触を完全に遮断し、
金属が金型母材内部へ浸透するのを防ぐことができる。
The surface of the ceramic film completely blocks the contact between the metal in the molten or semi-molten state and the mold base material,
The metal can be prevented from penetrating into the mold base material.

【0029】また、イオンが注入されたセラミック膜表
面は、結晶が小さくかつ緻密で均一になり、熱による結
晶成長を抑制することができる。さらに、母材表面の硬
度が向上するとともに、摩擦係数が低下し、耐摩耗性が
向上する。
The surface of the ceramic film into which the ions are implanted has small, dense and uniform crystals, and can suppress crystal growth due to heat. Further, the hardness of the base material surface is improved, the friction coefficient is reduced, and the wear resistance is improved.

【0030】本発明の請求項3および請求項7によれ
ば、PVD法やCVD法等によって形成した、窒化物系
セラミック、酸化物系セラミック、炭化物系セラミッ
ク、硼化物系セラミックの少なくとも1つを含むセラミ
ック膜に窒素イオン、酸素イオン、炭素イオン、硼素イ
オン、不活性ガスの少なくとも1つを含むイオンを注入
することにより、セラミック膜表面に存在する金属が注
入されるイオンとの衝突、反跳により、励起されて反応
し、セラミック膜表面が金属を含まない完全なセラミッ
ク表面に改質され、耐熱性および耐酸化性に優れた表面
にすることができる。
According to the third and seventh aspects of the present invention, at least one of a nitride ceramic, an oxide ceramic, a carbide ceramic, and a boride ceramic formed by a PVD method, a CVD method, or the like. By implanting ions containing at least one of nitrogen ions, oxygen ions, carbon ions, boron ions, and an inert gas into the ceramic film containing the film, collisions and recoils with ions implanted with the metal present on the surface of the ceramic film are performed. As a result, the surface of the ceramic film is excited and reacted, the surface of the ceramic film is reformed into a complete ceramic surface containing no metal, and a surface having excellent heat resistance and oxidation resistance can be obtained.

【0031】不活性ガス(アルゴン、ネオン等)を注入
した場合は、イオンを注入する場合のように、金属と化
合物を形成することはないが、金属単体との混合物表面
を形成することにより、イオンを注入された表面と同様
の作用効果を示す。
When an inert gas (argon, neon, or the like) is injected, a compound with a metal is not formed as in the case of ion injection, but by forming a mixture surface with a simple metal, The same operation and effect as those of the ion-implanted surface are exhibited.

【0032】また、セラミック膜に窒素イオン、酸素イ
オン、炭素イオン、硼素イオン、不活性ガスの少なくと
も1つを含むイオンを注入することにより、ピンホール
が消滅または拡散されることでセラミック膜表面からは
完全に除去される。こうしたセラミック膜表面は、溶融
または半溶融状態の金属と金型母材との接触を完全に遮
断し、金属が金型母材内部へ浸透するのを防ぐことがで
きる。
Further, by injecting ions containing at least one of nitrogen ions, oxygen ions, carbon ions, boron ions and an inert gas into the ceramic film, the pinholes are eliminated or diffused, so that the pinholes are removed from the surface of the ceramic film. Is completely removed. Such a ceramic film surface can completely block the contact between the molten or semi-molten metal and the mold base material, and can prevent the metal from penetrating into the mold base material.

【0033】このように、残留金属やピンホール等の膜
欠陥を除去することにより、耐熱性や耐酸化性に優れ、
高硬度で、耐摩耗性にも優れており、かつ鋳造される溶
融または半溶融状態の金属に対する耐食性という点でも
優れるといったセラミック本来の特性を、最大限に引き
出すことができる。
As described above, by removing film defects such as residual metal and pinholes, excellent heat resistance and oxidation resistance can be obtained.
The inherent properties of ceramics, such as high hardness, excellent abrasion resistance, and excellent corrosion resistance to a cast molten or semi-molten metal, can be maximized.

【0034】本発明の請求項4および請求項8によれ
ば、PVD法やCVD法等によって形成したセラミック
膜に対し、窒化処理、酸化処理、炭化処理、硼化処理か
ら選ばれる少なくとも1つの処理を施すことにより、残
留金属の存在するセラミック膜表面が、金属を含まない
完全なセラミック表面に改質され、耐熱性および耐酸化
性に優れた表面にすることができる。
According to the fourth and eighth aspects of the present invention, the ceramic film formed by the PVD method, the CVD method or the like is subjected to at least one treatment selected from a nitriding treatment, an oxidation treatment, a carbonization treatment and a boride treatment. By performing the above, the surface of the ceramic film on which the residual metal is present is modified into a complete ceramic surface containing no metal, and a surface having excellent heat resistance and oxidation resistance can be obtained.

【0035】このようにして得られたダイカスト用金型
は、耐熱性や耐酸化性に優れ、高硬度で、耐摩耗性にも
優れており、かつ鋳造される溶融または半溶融状態の金
属に対する耐食性という点でも優れるといったセラミッ
ク本来の特性を、最大限に引き出すことができる。
The die casting mold thus obtained is excellent in heat resistance and oxidation resistance, high in hardness and excellent in abrasion resistance, and is suitable for casting a molten or semi-molten metal. The original characteristics of ceramics, such as excellent corrosion resistance, can be maximized.

【0036】なお、本発明の請求項1から請求項8にお
いて、ダイカストとは、「精密な金型に、溶融または半
溶融金属を圧入または流し込み、高精度で鋳はだの優れ
た鋳物を、短時間に大量生産する鋳造方法」を意味する
ものとする。
In the first to eighth aspects of the present invention, the term “die casting” refers to “a molten or semi-molten metal is press-fitted or poured into a precision mold, and a highly accurate casting with excellent precision is obtained. Casting method for mass production in a short time. "

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明の実施の
形態1を図1および図2に基づいて説明する。図1は本
実施の形態のダイカスト用金型の製造方法に用いるイオ
ン注入装置を示す断面図、図2は本実施の形態のダイカ
スト用金型を示す斜視図である。
(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing an ion implantation apparatus used in the method for manufacturing a die casting mold according to the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view showing the die casting mold according to the present embodiment.

【0038】図2に示すように、本実施の形態のダイカ
スト用金型50は、溶融金属を鋳造するキャビティ部5
1を対向する当接面52a,53aにそれぞれ有した一
対の金型本体52,53と、金型本体52,53に挟持
されるスライドピン型1とを備えている。
As shown in FIG. 2, the die casting die 50 of the present embodiment has a cavity 5 for casting a molten metal.
1 are provided on a pair of mold bodies 52, 53 having contact surfaces 52a, 53a facing each other, and a slide pin mold 1 sandwiched between the mold bodies 52, 53.

【0039】金型本体52,53は、当接面52a,5
3aを相互に密着させかつ離反可能で、金型本体52,
53の上部には、密着時にキャビティ部51により形成
されるキャビティ(以下、キャビティ51という)への
溶融金属の注入口を形成する注入口部54(以下、注入
口54という)が2分割された状態で、それぞれのキャ
ビティ部51に連通するように形成されている。金型本
体52,53は対向している当接面52a,53aが相
互に密着した状態となり、この密着状態で注入口54か
らキャビティ51内に溶融金属を注入し鋳造品の鋳造が
行われる。なお、図2では、図示を簡略化するため、金
型本体52,53相互の位置決め手段や鋳造品の取り出
し手段等は省略してある。
The mold bodies 52, 53 are provided with contact surfaces 52a, 5
3a can be brought into close contact with each other and separated from each other.
An injection port 54 (hereinafter, referred to as an injection port 54) for forming an injection port for molten metal into a cavity (hereinafter, referred to as a cavity 51) formed by the cavity section 51 at the time of close contact is divided into two parts. In this state, it is formed so as to communicate with each cavity portion 51. The facing contact surfaces 52a, 53a of the mold bodies 52, 53 are brought into close contact with each other. In this state of contact, molten metal is injected into the cavity 51 from the injection port 54 to cast a casting. In FIG. 2, for simplicity of illustration, means for positioning the mold bodies 52 and 53 relative to each other and means for taking out a casting are omitted.

【0040】スライドピン型1は、円柱状の大径軸部1
aと、円柱状の小径軸部1bとが軸方向に連設された段
付きピンとなっており、大径軸部1aと小径軸部1bと
の外径大きさに対応させて金型本体52,53の当接面
52a,53a上にそれぞれ形成した半円形の凹部に配
設され、金型本体52,53の密着時に、大径軸部1a
が金型本体52,53に挟持されることにより、金型本
体52,53に固定される。この固定では、小径軸部1
bがキャビティ51の中心部を貫通した状態となる。従
って、スライドピン型1は鋳造品の中心に貫通孔を形成
する型として機能し、鋳造品の取り出しの際には、金型
本体52,53から軸方向に抜き出される。
The slide pin type 1 has a cylindrical large-diameter shaft portion 1.
a and a cylindrical small-diameter shaft portion 1b are stepped pins connected in the axial direction, and the mold body 52 is adapted to correspond to the outer diameter of the large-diameter shaft portion 1a and the small-diameter shaft portion 1b. , 53 are disposed in semicircular recesses respectively formed on the contact surfaces 52a, 53a, and when the mold bodies 52, 53 are in close contact with each other, the large-diameter shaft portion 1a
Is fixed to the mold bodies 52 and 53 by being sandwiched between the mold bodies 52 and 53. In this fixing, the small-diameter shaft 1
b penetrates through the center of the cavity 51. Therefore, the slide pin mold 1 functions as a mold for forming a through hole at the center of the casting, and is taken out of the mold bodies 52 and 53 in the axial direction when the casting is taken out.

【0041】本実施の形態では、金型本体52,53に
保持されたスライドピン型1の小径軸部1bの外周面
が、溶融金属と接触する面としてイオン注入により改質
処理が行われる。かかるスライドピン型1としては、S
KD61(HRC52)が母材として使用されるもので
ある。また、スライドピン型1は、鋳造後に固まった金
属(鋳造品)から引き抜くため、通常のダイカスト用金
型として要求される耐溶損性や耐酸化性、耐熱性の他に
耐摩耗性や高硬度等の特性を必要とする。なお、本実施
の形態では、小径軸部1bの直径を8mm、長さ110
mmとし、大径軸部1aの直径を18mm、長さ80m
mとしている。
In the present embodiment, the reforming process is performed by ion implantation such that the outer peripheral surface of the small diameter shaft portion 1b of the slide pin mold 1 held by the mold main bodies 52, 53 is brought into contact with the molten metal. As such a slide pin type 1, S
KD61 (HRC52) is used as a base material. In addition, since the slide pin mold 1 is pulled out from a solidified metal (cast product) after casting, in addition to the erosion resistance, oxidation resistance, and heat resistance required for a normal die casting mold, wear resistance and high hardness are required. And other characteristics are required. In this embodiment, the diameter of the small-diameter shaft portion 1b is 8 mm and the length is 110 mm.
mm, the diameter of the large-diameter shaft portion 1a is 18 mm, and the length is 80 m.
m.

【0042】上記改質処理を行うイオン注入装置30
は、図1に示すように、真空容器7と、真空容器7内に
設けられたホルダ2とを備えている。
The ion implanter 30 for performing the above-mentioned reforming process
Has a vacuum vessel 7 and a holder 2 provided in the vacuum vessel 7 as shown in FIG.

【0043】ホルダ2は、スライドピン型1を立てた状
態で大径軸部1aを保持することにより、真空容器7内
で、小径軸部1b側の大径軸部1aを部分的にホルダ2
の上方に突き出させるとともに、小径軸部1bの全体を
ホルダ2の上方に突き出た状態にし、その突き出た部分
に対するイオン注入による改質処理を可能にしている。
このホルダ2は、図示を省略した冷却水供給装置に接続
された冷却板2aに固定されており、冷却板2aによっ
て冷却されるようになっている。
The holder 2 holds the large-diameter shaft portion 1a in a state where the slide pin mold 1 is set up, so that the large-diameter shaft portion 1a on the small-diameter shaft portion 1b side is partially held in the vacuum vessel 7 by the holder 2.
And the entire small-diameter shaft portion 1b is projected above the holder 2, so that the protruding portion can be subjected to a reforming process by ion implantation.
The holder 2 is fixed to a cooling plate 2a connected to a cooling water supply device (not shown), and is cooled by the cooling plate 2a.

【0044】真空容器7の上部には、スライドピン型1
の大径軸部1aと小径軸部1bに注入するイオン8を真
空容器7内に供給するイオン源3が設けられており、イ
オン源3からのイオン8が、ホルダ2の上方に突き出さ
れているスライドピン型1の小径軸部1bおよび大径軸
部1aの外周面に照射される。このイオン源3には、イ
オン化したガスを導入する導入口4が連通している。
On the upper part of the vacuum vessel 7, a slide pin type 1
An ion source 3 for supplying ions 8 to be injected into the large-diameter shaft portion 1a and the small-diameter shaft portion 1b into the vacuum vessel 7 is provided. The ions 8 from the ion source 3 are projected above the holder 2 and The outer peripheral surfaces of the small-diameter shaft portion 1b and the large-diameter shaft portion 1a of the slide pin mold 1 are irradiated. An introduction port 4 for introducing an ionized gas communicates with the ion source 3.

【0045】さらに、このスライドピン型1に照射され
るイオンの個数を測定するイオン流測定器5が真空容器
7内に配置されている。また、真空容器7には、真空ポ
ンプ6が接続されており、真空容器7内は真空ポンプ6
によって所定の圧力に減圧されるようになっている。
Further, an ion flow measuring device 5 for measuring the number of ions applied to the slide pin mold 1 is arranged in the vacuum vessel 7. A vacuum pump 6 is connected to the vacuum container 7.
Thus, the pressure is reduced to a predetermined pressure.

【0046】次に、上記構成のイオン注入装置30によ
り、ダイカスト用金型50のスライドピン型1の表面に
イオンを注入する工程を説明する。
Next, a step of implanting ions into the surface of the slide pin mold 1 of the die casting mold 50 by the ion implantation apparatus 30 having the above configuration will be described.

【0047】このイオン注入装置30では、スライドピ
ン型1をホルダ2に立設状に保持した状態で、真空ポン
プ6によって真空容器7内を排気して6×10−4Pa
以下の高真空とする。そして、ホルダ2から出ているス
ライドピン型1の小径軸部1bおよび大径軸部1aの外
周面に対して、イオン源3からイオン8を照射する。
In this ion implantation apparatus 30, the vacuum pin 6 is evacuated by the vacuum pump 6 while the slide pin mold 1 is held upright on the holder 2, and 6 × 10 −4 Pa
The following high vacuum is used. Then, the ions 8 are irradiated from the ion source 3 onto the outer peripheral surfaces of the small diameter shaft portion 1b and the large diameter shaft portion 1a of the slide pin mold 1 protruding from the holder 2.

【0048】本実施の形態では、図示しないイオン化装
置に窒素ガスを1〜5SCCM導入し、プラズマを発生
させることでイオン化している。このイオン化されたN
イオンおよびN イオンを質量分離して、所望の窒
素イオンのみをイオン導入口4からイオン源3に導入す
る。
In the present embodiment, nitrogen gas is ionized by introducing 1 to 5 SCCM of nitrogen gas into an ionizer (not shown) and generating plasma. This ionized N
+ Ions and N 2 + ions are mass-separated, and only desired nitrogen ions are introduced into the ion source 3 through the ion inlet 4.

【0049】この場合、照射する窒素イオンの加速エネ
ルギーを45keV、ビーム電流密度を40μA/cm
とした。イオン照射量は1.5×1018ions/
cm とした。なお、イオン源3の方式は、この実施の
形態に使用した方式に限定されるものではなく、カウフ
マン型、バケット型等を採用してもよい。
In this case, the accelerated energy of the irradiated nitrogen ions
Energy of 45 keV and beam current density of 40 μA / cm
2And The ion irradiation dose is 1.5 × 1018ions /
cm 2And The method of the ion source 3 is
It is not limited to the method used for the form,
A man type, a bucket type, or the like may be employed.

【0050】以上の方法によって、形成されたスライド
ピン型1(母材9)の表面1cは、図3に示すように、
その表面1cから1500Åの深さまでは、注入された
窒素を含有したFeN層10が化合物表面として存在し
ている。このFeN層10は、スライドピン型1の表面
1cの金属Feと注入される窒素イオンとの衝突、反跳
により、Fe元素が励起されることで合成されたFeN
層である。
The surface 1c of the slide pin mold 1 (base material 9) formed by the above method is, as shown in FIG.
At a depth of 1500 ° from the surface 1c, the injected nitrogen-containing FeN layer 10 exists as a compound surface. The FeN layer 10 is composed of FeN synthesized by exciting the Fe element by collision and recoil between the metal Fe on the surface 1 c of the slide pin type 1 and the implanted nitrogen ions.
Layer.

【0051】このとき、過飽和の状態になるように窒素
イオンを注入することにより、窒素イオンが侵入する1
500Åの深さまでは、金属Feが存在しない完全なF
eNの化合物層またはFeN化合物と窒素との混合物層
に改質され、そこから母材9に向かって、窒素量が傾斜
的に減少していく。
At this time, nitrogen ions are implanted so as to be in a supersaturated state.
At a depth of 500 °, complete F without metal Fe
It is modified into a compound layer of eN or a mixture layer of FeN compound and nitrogen, from which the amount of nitrogen decreases gradually toward the base material 9.

【0052】このように窒素イオンをスライドピン型1
の表面1cに過飽和に注入する場合には、照射されるイ
オンの加速エネルギーは5keV以上が望ましい。加速
エネルギーが5keV未満の場合には、エッチング効果
によって表面1cの処理面の損傷が過大になるので好ま
しくない。また、加速エネルギーが200keV以上の
場合には、処理面が加熱され、母材9に悪影響を及ぼす
ため好ましくない。ビーム電流密度が200μA/cm
以上の場合には、処理面が粗れてくるため、精密な金
型の機能面形成には好ましくない。なお、ビーム電流密
度は5μA/cmでも実施可能である。
As described above, the nitrogen ions are supplied to the slide pin type 1
When supersaturated implantation is performed on the surface 1c, the acceleration energy of the irradiated ions is desirably 5 keV or more. If the acceleration energy is less than 5 keV, the processing surface of the surface 1c is excessively damaged by the etching effect, which is not preferable. On the other hand, if the acceleration energy is 200 keV or more, the treated surface is heated, which adversely affects the base material 9, which is not preferable. Beam current density 200μA / cm
In the case of two or more, the treated surface becomes rough, which is not preferable for forming a precise functional surface of the mold. It should be noted that the beam current density can be implemented even at 5 μA / cm 2 .

【0053】なお、本実施の形態では、N イオンを
注入しているが、Nイオンでもよく、N イオンお
よびNイオンの両方を注入してもよい。
In this embodiment, N 2 + ions are implanted, but N + ions may be implanted, or both N 2 + ions and N + ions may be implanted.

【0054】このようなスライドピン型1を用いて、図
2のような一対の金型本体52,53を組み合わせてマ
グネシウム合金(AZ91D)の鋳造を実際に行った。
なお、金型本体52,53は未処理である。
Using such a slide pin mold 1, a magnesium alloy (AZ91D) was actually cast by combining a pair of mold bodies 52 and 53 as shown in FIG.
The mold bodies 52 and 53 have not been processed.

【0055】その結果、従来の処理方法の1つであるガ
ス軟窒化処理を施したスライドピン型の場合には、30
00ショットでマグネシウムの型表面に対する融着が激
しく、スライドピン型が鋳造品から抜けなくなり、さら
に摩耗による表面の劣化が激しく、鋳造が困難になっ
た。
As a result, in the case of a slide pin type subjected to a gas nitrocarburizing treatment, which is one of the conventional treatment methods, 30
At the 00 shot, the fusion of magnesium to the mold surface was severe, the slide pin mold could not be removed from the cast product, and the surface was severely deteriorated by abrasion, making casting difficult.

【0056】これに対し、本実施の形態のように、母材
9の表面1cに窒素イオンを注入したスライドピン型1
を用いた場合には、8000ショットでも製品規格を満
足する鋳造が可能であった。
On the other hand, as in the present embodiment, the slide pin type 1 in which nitrogen ions are implanted into the surface 1c of the base material 9 is used.
When was used, casting that satisfied the product standard was possible even with 8000 shots.

【0057】また、スライドピン型1に融着したマグネ
シウムを除去剤で取り除いて、その表面を観察したとこ
ろ、従来のガス軟窒化処理したスライドピン型の場合に
は、引き抜きの傷が容易に確認でき、かつ溶損がかなり
進行していた。これに対し、本実施の形態のスライドピ
ン型1では、傷および溶損が僅かに確認できる程度であ
った。
Further, when the magnesium fused to the slide pin mold 1 was removed with a remover and the surface thereof was observed, in the case of the conventional gas nitrocarburized slide pin mold, the scratches at the time of removal were easily confirmed. And erosion considerably progressed. On the other hand, in the slide pin mold 1 of the present embodiment, scratches and erosion were only slightly recognized.

【0058】さらに、製品の鋳造とスライドピン型1に
融着したマグネシウムの除去とを繰り返し、スライドピ
ン型が完全に使用できなくなるまでの最終的な寿命を確
認したところ、従来のガス軟窒化処理したスライドピン
型の場合には、15000ショットで傷が大きく目立
ち、しかも溶損が外周面の全面に発生し、マグネシウム
の融着が激しく、しかも融着マグネシウムを除去しても
すぐに融着が発生し、スライドピン型がスライドできず
に抜けなくなって、使用不可能になった。
Further, the casting of the product and the removal of the magnesium fused to the slide pin mold 1 were repeated to confirm the final life until the slide pin mold became completely unusable. In the case of the slide pin type, the damage is noticeable at 15,000 shots, and erosion occurs over the entire outer peripheral surface, and the fusion of magnesium is intense. This caused the slide pin type to slide and could not be removed, making it unusable.

【0059】これに対して、本実施の形態のスライドピ
ン型1では、25000ショット鋳造しても製品規格を
満足するものが鋳造できた。
On the other hand, with the slide pin mold 1 of the present embodiment, a product satisfying the product standard could be cast even after 25,000 shot casting.

【0060】本実施の形態によれば、ダイカスト用金型
であるスライドピン型1の表面1cを過飽和の窒素イオ
ン注入により金属Feの存在しない完全なFeN層に改
質したことにより、表面1cの結晶を微細化し、かつ緻
密に均一化ができる。これにより、高温での使用時の熱
による結晶成長を抑制することができる。また、FeN
層の表面は、摩擦係数が低下し、耐摩耗性が向上すると
ともに、イオン注入することによって結晶の歪みや圧縮
応力が残留するため、硬度も向上する。さらに、このス
ライドピン型1では、型表面の劣化の進行が遅くなり、
良好な離型性を維持でき、鋳造品に傷ができにくくなっ
て型寿命が長くなる。
According to the present embodiment, the surface 1c of the slide pin die 1, which is a die-casting die, is modified into a complete FeN layer free of metallic Fe by supersaturated nitrogen ion implantation. Crystals can be refined and densely uniform. Thereby, crystal growth due to heat during use at a high temperature can be suppressed. Also, FeN
On the surface of the layer, the coefficient of friction is reduced, the wear resistance is improved, and the hardness is also improved because crystal distortion and compressive stress remain due to ion implantation. Further, in the slide pin mold 1, the progress of deterioration of the mold surface is slowed down,
Good mold releasability can be maintained, and it is difficult for the cast product to be damaged and the mold life is prolonged.

【0061】なお、本実施の形態において、スライドピ
ン型1に対して行った処理を、金型本体52,53のキ
ャビティ51を形成する面に対して行っても同様な効果
を得ることができる。
In this embodiment, the same effect can be obtained by performing the processing performed on the slide pin mold 1 on the surfaces of the mold bodies 52 and 53 where the cavities 51 are formed. .

【0062】(実施の形態2)本発明の実施の形態2を
説明する。本実施の形態のダイカスト用金型は、実施の
形態1と同様の構成となっており、以下の説明に際して
は図1および図2を用いることにする。
(Embodiment 2) Embodiment 2 of the present invention will be described. The die casting die according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and FIGS. 1 and 2 will be used in the following description.

【0063】本実施の形態では、実施の形態1のスライ
ドピン型1の母材9として、熱処理を行っていないMA
S1を用いている。また、本実施の形態では、スライド
ピン型1の小径軸部1bが直径15mm、長さ120m
m、および大径軸部1aが直径20mm、長さ80mm
となるようにスライドピン型1を加工しており、スライ
ドピン型1は、小径軸部1bの外周面がキャビティ51
の溶融金属と接触するものである。
In the present embodiment, as the base material 9 of the slide pin mold 1 of the first embodiment, an unheated MA
S1 is used. In the present embodiment, the small-diameter shaft portion 1b of the slide pin mold 1 has a diameter of 15 mm and a length of 120 m.
m, and the large-diameter shaft portion 1a has a diameter of 20 mm and a length of 80 mm
The slide pin mold 1 is processed so that the outer peripheral surface of the small-diameter shaft portion 1b has a cavity 51.
In contact with the molten metal.

【0064】このスライドピン型1の小径軸部1bおよ
び大径軸部1aの外周面に対し、プラズマCVD法の成
膜装置を用いて、TiN膜を3μm被覆し、次いでTi
N膜の上にセラミック膜としてのTiAlN膜を3μm
被覆して2層構造とした。これは、スライドピン型1の
母材との密着性を向上させるために、母材の上に中間層
としてのTiN膜を被覆し、型表面として、耐熱性に優
れているTiAlN膜を被覆したものである。
The outer peripheral surfaces of the small-diameter shaft portion 1b and the large-diameter shaft portion 1a of the slide pin mold 1 are coated with a TiN film to a thickness of 3 μm by using a film forming apparatus of a plasma CVD method.
A TiAlN film as a ceramic film is 3 μm on the N film.
It was coated to form a two-layer structure. In order to improve the adhesion between the slide pin mold 1 and the base material, a TiN film as an intermediate layer was coated on the base material, and a TiAlN film having excellent heat resistance was coated as a mold surface. Things.

【0065】次に、図1のイオン注入装置30により、
上記2層構造としたスライドピン型1の表面にイオンを
注入する工程を説明する。
Next, the ion implantation apparatus 30 shown in FIG.
The step of implanting ions into the surface of the slide pin mold 1 having the two-layer structure will be described.

【0066】スライドピン型1を図1のホルダ2に保持
した状態で、真空ポンプ6によって真空容器7内を排気
して6×10−4Pa以下の高真空とする。そして、ス
ライドピン型1の2層構造のTiAlN膜表面に対し
て、イオン源3からイオン8を照射する。
While the slide pin mold 1 is held in the holder 2 of FIG. 1, the inside of the vacuum vessel 7 is evacuated by the vacuum pump 6 to a high vacuum of 6 × 10 −4 Pa or less. Then, ions 8 are irradiated from the ion source 3 to the surface of the two-layered TiAlN film of the slide pin type 1.

【0067】本実施の形態では、図示しないイオン化装
置に窒素ガスを1〜5SCCM導入し、プラズマを発生
させることで窒素ガスをイオン化している。このイオン
化されたNおよびN イオンを質量分離して、所望
のイオンの比率(例えば1:2)にしてイオン導入口4
からイオン源3に導入する。照射する窒素イオンの加速
エネルギーは45keV、ビーム電流密度を40μA/
cmとした。イオン照射量は1.5×1018ion
s/cmとした。
In the present embodiment, nitrogen gas is ionized by introducing 1 to 5 SCCM of nitrogen gas into an ionizer (not shown) and generating plasma. The ionized N + and N 2 + ions are separated by mass to obtain a desired ion ratio (for example, 1: 2), and the ion inlet 4
From the ion source 3. The acceleration energy of the irradiated nitrogen ions is 45 keV and the beam current density is 40 μA /
cm 2 . The amount of ion irradiation is 1.5 × 10 18 ions
s / cm 2 .

【0068】以上の方法によって形成されたスライドピ
ン型1の表面は、図4に模式的に示すように、母材11
のMAS1の上面に上記プラズマCVD法によって成膜
したTiN膜12が存在し、そのTiN膜12の上面に
上記プラズマCDV法によるTiAlN膜13が存在す
る。そして、TiAlN膜13の表面から1500Åの
深さまでは、イオン注入された窒素を含有する改質され
たセラミック膜としての改質TiAlN層14が存在し
ている。
The surface of the slide pin mold 1 formed by the above method is, as schematically shown in FIG.
The TiN film 12 formed by the above-mentioned plasma CVD method exists on the upper surface of the MAS 1 of the above, and the TiAlN film 13 by the above-mentioned plasma CDV method exists on the upper surface of the TiN film 12. At a depth of 1500 ° from the surface of the TiAlN film 13, there is a modified TiAlN layer 14 as a modified ceramic film containing ion-implanted nitrogen.

【0069】この改質TiAlN層14は、スライドピ
ン型1の表面のTiAlN膜13中に存在する金属Ti
や金属Alと注入される窒素イオンとの衝突、反跳によ
り、Ti元素やAl元素が励起されることで合成された
TiAlNを含む改質TiAlN層14である。このと
き、過飽和の状態になるように窒素イオンを注入するこ
とにより、窒素イオンが侵入する1500Åの深さまで
は金属Tiや金属Alが存在しない完全なTiAlN層
14に改質され、そこから母材11に向かって、窒素量
が傾斜的に減少していく。
The modified TiAlN layer 14 is formed of the metal Ti existing in the TiAlN film 13 on the surface of the slide pin mold 1.
A modified TiAlN layer 14 containing TiAlN synthesized by exciting the Ti element or the Al element by collision or recoil between the Al and metal Al and the implanted nitrogen ions. At this time, by implanting nitrogen ions so as to be in a supersaturated state, a depth of 1500 ° at which the nitrogen ions penetrate is reformed into a complete TiAlN layer 14 in which no metal Ti or metal Al is present. Towards 11, the amount of nitrogen gradually decreases.

【0070】さらに、窒素イオンが注入された改質Ti
AlN層14の表面は、結晶が小さくかつ均一で緻密に
なっている。また、プラズマCVD法により成膜したT
iAlN膜13には、ピンホールと呼ばれる穴状の欠陥
が存在しているが、窒素イオンを注入することにより、
TiAlN膜13表面の成分が注入イオンによって拡散
されるため、ピンホールも同時に拡散されて、その表面
に存在しなくなる。このことは、例えば、エッチング試
験により確認することができる。
Further, the modified Ti implanted with nitrogen ions
The surface of the AlN layer 14 has small, uniform and dense crystals. In addition, T formed by plasma CVD
The iAlN film 13 has a hole-like defect called a pinhole, but by implanting nitrogen ions,
Since the components on the surface of the TiAlN film 13 are diffused by the implanted ions, the pinholes are also diffused at the same time and no longer exist on the surface. This can be confirmed, for example, by an etching test.

【0071】このように窒素イオンをTiAlN膜13
の表面に過飽和に注入する場合には、照射されるイオン
の加速エネルギーは5keV以上が望ましい。加速エネ
ルギーが5keV未満の場合には、エッチング効果によ
って表面の処理面の損傷が過大になるので好ましくな
い。また、加速エネルギーが200keV以上の場合に
は処理面が加熱され、母材11に悪影響を及ぼすため好
ましくない。ビーム電流密度が200μA/cm以上
の場合には、処理面が粗れてくるため、精密な金型の機
能面形成には好ましくない。
As described above, the nitrogen ions are transferred to the TiAlN film 13.
When supersaturated implantation is performed on the surface of the substrate, the acceleration energy of the irradiated ions is preferably 5 keV or more. If the acceleration energy is less than 5 keV, it is not preferable because damage to the treated surface becomes excessive due to the etching effect. On the other hand, if the acceleration energy is 200 keV or more, the treated surface is heated, which adversely affects the base material 11, which is not preferable. When the beam current density is 200 μA / cm 2 or more, the treated surface is roughened, which is not preferable for forming a precise mold functional surface.

【0072】このようなスライドピン型1を用いて、図
2のような一対の金型本体52,53を組み合わせてア
ルミニウム(ADC12)の鋳造を実際に行った。な
お、金型本体52,53は未処理である。
Using such a slide pin mold 1, aluminum (ADC 12) was actually cast by combining a pair of mold bodies 52 and 53 as shown in FIG. The mold bodies 52 and 53 have not been processed.

【0073】その結果、母材11がMAS1からなるス
ライドピン型に、プラズマCVD法によってTiN膜お
よびTiAlN膜を被覆しただけの従来の場合には、1
3000ショットでスライドピン型表面に対するアルミ
ニウムの融着が激しく、スライドピン型がキャビティ5
1(鋳造品)から抜けなくなり、鋳造が困難になった。
As a result, in the conventional case in which the base material 11 is merely a slide pin type made of MAS1 and is coated with a TiN film and a TiAlN film by the plasma CVD method, 1
At 3000 shots, the aluminum was strongly fused to the surface of the slide pin mold, and the slide pin mold had cavity 5
No. 1 (cast product) did not come off, and casting became difficult.

【0074】これに対し、本実施の形態のように、イオ
ンを注入を施してTiAlN膜13の表面に、改質Ti
AlN層14が存在するスライドピン型1を用いた場合
には、55000ショットでもスライドピン型1の動作
に問題はなく、製品規格を満足する鋳造が可能であっ
た。
On the other hand, as in this embodiment, ions are implanted so that the surface of the TiAlN film 13 is
When the slide pin mold 1 having the AlN layer 14 was used, there was no problem in the operation of the slide pin mold 1 even with 55,000 shots, and casting satisfying the product standard was possible.

【0075】また、プラズマCVD法によってTiN膜
およびTiAlN膜を成膜しただけの従来のスライドピ
ン型に対し、TiAlN膜の表面に融着したアルミニウ
ムを除去剤で取り除いた後に、その表面を観察したとこ
ろ、TiAlN膜には溶損が確認でき、剥離や傷も発生
していた。
Further, in a conventional slide pin type in which only a TiN film and a TiAlN film were formed by the plasma CVD method, after removing the aluminum fused to the surface of the TiAlN film with a removing agent, the surface was observed. However, melting damage was confirmed in the TiAlN film, and peeling and flaws were also generated.

【0076】これに対して、本実施の形態のスライドピ
ン型1では、改質TiAlN層14の表面にアルミニウ
ムの融着が発生するまで鋳造した後、アルミニウムを除
去した表面を観察しても、上記溶損、剥離や傷が確認さ
れず、初期状態のままであった。
On the other hand, in the slide pin mold 1 of the present embodiment, after casting until the fusion of aluminum occurs on the surface of the modified TiAlN layer 14, the surface from which aluminum was removed was observed. No erosion, peeling or scratches were observed, and the initial state was maintained.

【0077】さらに、製品の鋳造とスライドピン型1に
融着したアルミニウムの除去を繰り返し、スライドピン
型が完全に使用できなくなるまでの最終的な寿命を確認
した。上述した従来のスライドピン型においては、Ti
AlN膜が36000ショットでほとんど無くなり、溶
損が進行し、アルミニウムの融着が激しく、しかも融着
アルミニウムを除去してもすぐに融着が発生し、スライ
ドピン型がスライドできずに抜けなくなって、使用不可
能になった。
Further, the casting of the product and the removal of the aluminum fused to the slide pin mold 1 were repeated, and the final life until the slide pin mold could not be used completely was confirmed. In the conventional slide pin type described above, Ti
AlN film almost disappeared at 36000 shots, melting damage progressed, aluminum was severely fused, and even if the fused aluminum was removed, fusion immediately occurred, and the slide pin type could not slide and could not come off. , Became unusable.

【0078】これに対して、本実施の形態のスライドピ
ン型1では、175000ショット鋳造しても製品規格
を満足するものが安定して鋳造できた。
On the other hand, with the slide pin mold 1 of the present embodiment, a product satisfying the product standard could be stably cast even with 175000 shot casting.

【0079】このように本実施の形態のスライドピン型
1を用いることにより、型表面の劣化の進行が遅くな
り、良好な離型性が維持されるため、型として使用でき
なくなる寿命の延命化を行うことができる。
As described above, by using the slide pin mold 1 of the present embodiment, the progress of deterioration of the mold surface is slowed down, and good mold releasability is maintained. It can be performed.

【0080】また本実施の形態によれば、ダイカスト用
金型のスライドピン型1の母材11に対し、TiN膜1
2を被覆し、このTiN膜12の上にTiAlN膜13
を被覆した後に、そのTiAlN膜13の表面に窒素イ
オンを過飽和に注入することにより、TiAlN膜13
中に存在していた金属成分であるTiやAlが窒化さ
れ、スライドピン型1の表面を完全なセラミックである
改質TiAlN層14にすることができ、表面の金属成
分と溶融金属とが反応することを防止できる。
Further, according to the present embodiment, the base material 11 of the slide pin die 1 of the die-casting die is applied to the TiN film 1.
2 and a TiAlN film 13 on the TiN film 12.
After covering the surface of the TiAlN film 13, nitrogen ions are supersaturated and implanted into the surface of the TiAlN film 13.
The metal components Ti and Al existing therein are nitrided, and the surface of the slide pin mold 1 can be made into a modified TiAlN layer 14 which is a complete ceramic, and the metal component on the surface reacts with the molten metal. Can be prevented.

【0081】これにより、スライドピン型1の表面に溶
融金属が融着する現象をなくすことができ、TiAlN
セラミック膜の特徴である高硬度であり、かつ耐摩耗性
や鋳造される溶融金属に対する耐食性に優れるというメ
リットを最大限に引き出すことができる。
Thus, the phenomenon that the molten metal is fused to the surface of the slide pin mold 1 can be eliminated.
The advantage of high hardness, which is a characteristic of the ceramic film, and excellent wear resistance and corrosion resistance to the molten metal to be cast can be maximized.

【0082】また、TiAlN膜13表面のピンホール
をなくすことができ、鋳造中に溶融金属がピンホールか
ら母材11に浸透することを防止できるため、これが原
因となっている融着や剥離、溶損等をなくすことができ
る。さらに、過飽和のイオン注入により改質されたTi
AlN層(改質TiAlN層14)表面の結晶が微細化
し、かつ緻密に均一化しているため、ダイカスト用金型
として使用した際に、熱による酸化物の形成が抑制さ
れ、摩耗も少なくなり、また、結晶成長も抑制されるた
め、劣化の進行を遅延させることができる。
In addition, since pinholes on the surface of the TiAlN film 13 can be eliminated and molten metal can be prevented from penetrating from the pinholes into the base material 11 during casting, fusion and peeling caused by this can be prevented. Melting damage can be eliminated. Furthermore, Ti modified by supersaturated ion implantation
Since the crystal on the surface of the AlN layer (modified TiAlN layer 14) is refined and densely uniform, when used as a die-casting mold, the formation of oxides due to heat is suppressed, and wear is reduced. In addition, since crystal growth is also suppressed, progress of deterioration can be delayed.

【0083】特に、本実施の形態のような、軸方向に引
き抜くスライドピン型1においては、イオン注入面の高
硬度化や摩擦係数の低下により、特に引き抜きによる傷
が付きにくく、耐久性が向上する効果もある。
In particular, in the slide pin type 1 which is pulled out in the axial direction as in the present embodiment, due to the high hardness of the ion-implanted surface and the reduction of the friction coefficient, scratches due to pulling out are particularly difficult to occur, and the durability is improved. There is also the effect of doing.

【0084】なお、本実施の形態では、TiN膜12お
よびTiAlN膜13の成膜をプラズマCVD法によっ
て行ったが、その他のCVD法やPVD法、溶射等で成
膜したものでも同様の効果を有するものである。
In the present embodiment, the TiN film 12 and the TiAlN film 13 are formed by the plasma CVD method. However, the same effect can be obtained by other methods such as CVD, PVD, and thermal spraying. Have

【0085】また、本実施の形態では、母材11との密
着性を向上させるためのTiN膜12の上に、耐熱性に
優れたTiAlN膜13を2層目として成膜し、そのT
iAlN膜13の表面に窒素イオンを注入したが、2層
目として選択されるセラミック膜は、TiN、TiC
N、TiNO、TiAlCN、TiAlNO、TiCr
N等の他のTi系セラミック、CrN、CrNO、Cr
CN、CrAlN、CrAlCN、CrAlNO等のC
r系セラミック、Al等のAl系セラミック、B
N等の硼化物系セラミック、Si等の窒化物系セ
ラミック等や、これらの混合物でも同様の効果が得られ
る。この場合には、2層目の膜に対する母材11との間
の中間層をTiN膜12から適宜変更することも可能で
ある。
In the present embodiment, a TiAlN film 13 having excellent heat resistance is formed as a second layer on the TiN film 12 for improving the adhesion to the base material 11, and its T
Nitrogen ions were implanted into the surface of the iAlN film 13, but the ceramic film selected as the second layer was TiN, TiC
N, TiNO, TiAlCN, TiAlNO, TiCr
Other Ti-based ceramics such as N, CrN, CrNO, Cr
C such as CN, CrAlN, CrAlCN, CrAlNO
r-based ceramics, Al-based ceramics such as Al 2 O 3 , B
Similar effects can be obtained with a boride-based ceramic such as N, a nitride-based ceramic such as Si 3 N 4, or a mixture thereof. In this case, the intermediate layer between the second film and the base material 11 can be appropriately changed from the TiN film 12.

【0086】さらに、これらの膜の種類によって、注入
するイオンも窒素、酸素、炭素、硼素、不活性ガス等か
ら適宜選択して注入処理することができる。膜と注入す
るイオンの組み合わせによっては、膜を構成していた化
合物以外の化合物の合成も可能であり、例えば、TiA
lN膜13に酸素イオンを注入した場合には、TiAl
N膜13の表面に酸化アルミニウムおよび酸化チタンが
生成されており、この場合にも本実施の形態と同様な効
果を得ることができる。これらの膜と注入するイオン
は、離型性や使用温度、硬度、反応性、耐久性、コスト
等によって材料的に最も優良な物質を選択することが望
ましい。
Further, depending on the type of these films, the ions to be implanted can be appropriately selected from nitrogen, oxygen, carbon, boron, an inert gas or the like, and can be implanted. Depending on the combination of the film and the ions to be implanted, it is also possible to synthesize a compound other than the compound that constituted the film.
When oxygen ions are implanted into the 1N film 13, TiAl
Aluminum oxide and titanium oxide are generated on the surface of the N film 13. In this case, the same effect as in the present embodiment can be obtained. For these films and the ions to be implanted, it is desirable to select a material that is the most excellent in terms of material in terms of mold releasability, use temperature, hardness, reactivity, durability, cost, and the like.

【0087】また、イオン注入によれば、注入元素を表
面に過飽和に存在させることができるため、膜中に金属
元素が完全に残らない各種の特性の化合物、あるいはこ
の化合物と注入元素との混合物表面を得ることができ
る。
In addition, according to ion implantation, since the implanted element can be supersaturated on the surface, a compound having various characteristics in which the metal element does not completely remain in the film, or a mixture of this compound and the implanted element A surface can be obtained.

【0088】なお、TiAlN膜13に窒素イオンを過
飽和に注入したスライドピン型1を、さらに熱処理する
ことも可能であり、この熱処理により、表面を熱的に安
定化させるとともに、表面をより高硬度化(例えばHv
で約250の上昇)させることができる。
It is possible to further heat-treat the slide pin type 1 in which nitrogen ions have been supersaturated into the TiAlN film 13. This heat treatment stabilizes the surface thermally and makes the surface harder. (For example, Hv
About 250).

【0089】(実施の形態3)本発明の実施の形態3を
図5および図6に基づいて説明する。図5は本実施の形
態のダイカスト用金型の製造方法に用いるイオン窒化装
置を示す断面図、図6は本実施の形態のダイカスト用金
型を示す斜視図である。本実施の形態のダイカスト用金
型は、顕微鏡の枠を鋳造するために用いられるものであ
る。
(Embodiment 3) Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an ion nitriding apparatus used in the method for manufacturing a die casting die of the present embodiment, and FIG. 6 is a perspective view showing the die casting die of the present embodiment. The die casting mold according to the present embodiment is used for casting a microscope frame.

【0090】図6に示すように、本実施の形態のダイカ
スト用金型60は、溶融金属を鋳造するキャビティ61
を形成する一対の金型本体62,63を備えている。一
方の金型本体62には、キャビティ61に溶融金属を注
入する注入口64が形成されている。なお、図6では、
図示を簡略化するため、金型本体62,63相互の位置
決め手段や鋳造品の取り出し手段等は省略してある。
As shown in FIG. 6, a die casting mold 60 of the present embodiment has a cavity 61 for casting a molten metal.
Are provided. An injection port 64 for injecting the molten metal into the cavity 61 is formed in one mold body 62. In FIG. 6,
In order to simplify the illustration, means for positioning the mold bodies 62 and 63 relative to each other and means for taking out a casting are omitted.

【0091】金型本体62,63においては、対向して
いる当接面62a,63aが密着した状態でキャビティ
61が形成され、この密着状態でキャビティ61に注入
口64から溶融金属が注入されて鋳造品が鋳造される。
本実施の形態では、キャビティ61を形成する一方の金
型本体63に対して、その内面の処理を行うものであ
る。
In the mold bodies 62 and 63, the cavity 61 is formed in a state where the opposed contact surfaces 62a and 63a are in close contact with each other. In this state of contact, molten metal is injected into the cavity 61 from the injection port 64. A casting is cast.
In the present embodiment, the inner surface of one mold body 63 forming the cavity 61 is processed.

【0092】上記内面処理を行うイオン窒化装置31に
は、図5に示すように、真空ポンプ18とガス供給装置
19を設けた真空炉16が備えられており、真空炉16
内に金型本体63がセットされる。真空炉16は図示を
省略した冷却水によって冷却されている。真空炉16内
は真空ポンプ18によって内部の空気が抜かれるととも
に、ガス供給装置19から内部にガスが供給される。な
お、金型本体63には、電源ユニット17が接続され
る。
As shown in FIG. 5, the ion nitriding device 31 for performing the inner surface treatment includes a vacuum furnace 16 provided with a vacuum pump 18 and a gas supply device 19.
The mold body 63 is set therein. The vacuum furnace 16 is cooled by cooling water (not shown). The inside of the vacuum furnace 16 is evacuated by a vacuum pump 18, and gas is supplied from a gas supply device 19 to the inside. The power supply unit 17 is connected to the mold body 63.

【0093】ダイカスト用金型60の金型本体63は、
その内面が溶融金属と接触するものである。この金型本
体63はSKD61(HRC50)よりなる母材によっ
て加工されており、顕微鏡の枠をアルミニウムによって
鋳造する。
The die body 63 of the die casting die 60 is
The inner surface comes into contact with the molten metal. The mold body 63 is processed by a base material made of SKD61 (HRC50), and a microscope frame is cast from aluminum.

【0094】本実施の形態では、金型本体63の内面
(キャビティ61の内面)およびその周囲(他方の金型
本体62の接触面62aに接触するキャビティ61周辺
の接触面63a部分)の表面に対し、高周波マグネトロ
ンスパッタリング法を用いて、Cr膜を少なくとも0.
5μm被覆し、次いでCr膜上に、セラミック膜として
のCrN膜を少なくとも1.5μm被覆して全体とし
て2層構造とした。金型本体63の内面が凹状となって
いるため、各膜を被覆するときには、金型本体63の向
きを調整しながら行った。2層構造としたのは、金型母
材との密着性を向上させるために中間層としてのCr膜
を被覆し、型表面のセラミック膜として、耐熱性に優れ
ているCrN膜を被覆したものである。
In the present embodiment, the inner surface of the mold body 63 (the inner surface of the cavity 61) and the surface thereof (the contact surface 63a around the cavity 61 that contacts the contact surface 62a of the other mold body 62) On the other hand, by using a high-frequency magnetron sputtering method, the Cr film is formed to at least 0.1 mm.
Then, the Cr film was coated with a Cr 2 N film as a ceramic film at least 1.5 μm to form a two-layer structure as a whole. Since the inner surface of the mold body 63 is concave, the coating of each film was performed while adjusting the direction of the mold body 63. The two-layer structure is achieved by coating a Cr film as an intermediate layer in order to improve the adhesion to the mold base material, and coating a heat-resistant Cr 2 N film as a ceramic film on the mold surface. It was done.

【0095】次に、上記構成のイオン窒化装置31によ
り、金型本体63の表面を処理する工程を説明する。金
型本体63をイオン窒化装置31内に設置し、真空ポン
プ18によって真空炉16内を排気して1.3〜13P
a程度まで真空にした後、純窒素ガスをガス供給装置1
9より導入し、真空炉16内の圧力を処理条件に合わせ
て、150〜1500Paにコントロールする。本実施
の形態では、500Paに制御している。
Next, a process of treating the surface of the mold body 63 by the ion nitriding apparatus 31 having the above-described configuration will be described. The mold body 63 is set in the ion nitriding apparatus 31, and the inside of the vacuum furnace 16 is evacuated by the vacuum pump 18 to 1.3 to 13P.
a, and then pure nitrogen gas is supplied to the gas supply device 1
9, and the pressure in the vacuum furnace 16 is controlled to 150 to 1500 Pa in accordance with the processing conditions. In the present embodiment, the pressure is controlled to 500 Pa.

【0096】この状態で、真空炉16を陽極、金型本体
63を陰極として、両者間に電源ユニット17によって
250Vの直流電圧を印加してグロー放電を発生させ
る。これにより、純窒素ガスをイオン化するとともに、
イオン化した窒素を加速し、窒素イオンを高速度で金型
本体63の内面およびその周囲の表面のCrN膜に衝
突させる。
In this state, a glow discharge is generated by applying a DC voltage of 250 V between the vacuum furnace 16 as an anode and the mold body 63 as a cathode and the power supply unit 17 therebetween. This ionizes pure nitrogen gas,
The ionized nitrogen is accelerated, and the nitrogen ions collide at high speed with the inner surface of the mold body 63 and the Cr 2 N film on the peripheral surface.

【0097】このとき、窒素イオンが有している高運動
エネルギーは、熱エネルギーに変換されて、金型本体6
3を加熱するだけでなく、一部は直接に窒素イオンを注
入し、一部はカソードスパッタリングを起こして、Cr
N膜の表面から電子およびCr原子が飛び出し、この
Cr原子が電子によって生成された原子状窒素と結合し
てCrNを形成する。
At this time, the high kinetic energy of the nitrogen ions is converted into heat energy,
In addition to heating 3, some directly inject nitrogen ions and some cause cathode sputtering,
2 pops out electrons and Cr atoms from the surface of the N film, the Cr atoms form a CrN bonded to atomic nitrogen generated by electrons.

【0098】このCrNは、CrN膜の表面に蒸着
し、高温と窒素イオン衝突のため、次の低位の窒化物に
分解し、窒素を放出して一部はプラズマガス中に戻る。
このような現象を繰り返すことによって、高周波マグネ
トロンスパッタリング法を用いて成膜したCrN膜に
残留している金属Crが窒化され、金属Crの残留がな
い完全なセラミック表面になるとともに、CrNであ
った表面がCrNに変化し、窒素リッチの表面に改質さ
れて、セラミックと窒素との混合物表面となる。
This CrN is deposited on the surface of the Cr 2 N film, decomposed into the next lower nitride due to high temperature and collision with nitrogen ions, releases nitrogen, and partly returns to the plasma gas.
By repeating this phenomenon, the metal Cr is nitrided remaining in Cr 2 N film formed using the RF magnetron sputtering method, it becomes a complete ceramic surface there is no residual metallic Cr, Cr 2 The surface which was N changes to CrN, and is modified to a nitrogen-rich surface to become a mixture surface of ceramic and nitrogen.

【0099】以上の方法によって形成された金型本体6
3の表面は、図7に模式的に示すように、SKD61か
らなる母材20の上面にCr膜21が存在し、その上面
にCrN膜22が存在する。そして、空気と接触する
(すなわち、他方の金型本体62の当接面62aと接触
する)表面から5000Åの深さまでは、イオン窒化に
よってCrNに改質された層(改質CrN層)23が存
在しており、この改質CrN層23から母材20に向か
って、窒素量が傾斜的に減少している。従って、窒素イ
オンが注入されている5000Åの深さまでは、金属C
rが存在しない完全なセラミックのCrNに改質されて
いる。
The mold body 6 formed by the above method
7, a Cr film 21 is present on the upper surface of the base material 20 made of SKD 61, and a Cr 2 N film 22 is present on the upper surface thereof, as schematically shown in FIG. Then, at a depth of 5000 ° from the surface that comes into contact with air (that is, comes into contact with the contact surface 62a of the other mold body 62), a layer (modified CrN layer) 23 that has been modified to CrN by ion nitriding is formed. The amount of nitrogen decreases from the modified CrN layer 23 toward the base material 20 in a graded manner. Therefore, at a depth of 5000 ° into which nitrogen ions are implanted, metal C
r has been modified to a completely ceramic CrN without the presence of r.

【0100】また、高周波マグネトロンスパッタリング
法により成膜したCrN膜22には、ピンホールと呼
ばれる穴状の欠陥が存在しているが、イオン窒化するこ
とによって、表面の成分がイオンによって拡散されるた
め、ピンホールも同時に拡散されて表面に存在しなくな
る。
The Cr 2 N film 22 formed by the high-frequency magnetron sputtering method has a hole-like defect called a pinhole. However, by ion-nitriding, surface components are diffused by ions. Therefore, the pinhole is also diffused at the same time and does not exist on the surface.

【0101】以上のような金型本体63を用いて、図6
に示すダイカスト用金型60を組み付けて鋳造を行う。
なお、他方の金型本体62に対しては、その当接面62
a側の表面に上述と同様な処理を行っている。鋳造はア
ルミニウム(ADC12)を溶融して供給することによ
って行う。
Using the mold body 63 as described above, FIG.
The casting is performed by assembling a die casting mold 60 shown in FIG.
The other mold body 62 has a contact surface 62
The same processing as described above is performed on the surface on the a side. Casting is performed by melting and supplying aluminum (ADC12).

【0102】その結果、高周波マグネトロンスパッタリ
ング法によって成膜したCr膜およびCrN膜とを被
覆した2層構造の従来のダイカスト用金型の場合には、
8000ショットで膜表面のピンホールから溶損が進行
し、アルミニウムの融着が激しく、離型できず、鋳造が
困難になった。
As a result, in the case of a conventional die-casting die having a two-layer structure coated with a Cr film and a Cr 2 N film formed by a high-frequency magnetron sputtering method,
At 8000 shots, erosion progressed from the pinholes on the film surface, the aluminum was severely fused, the mold could not be released, and casting became difficult.

【0103】これに対し、本実施の形態のダイカスト用
金型60を用いた場合には、40000ショットでも製
品規格を満足する鋳造が可能であった。このダイカスト
用金型60は、40000ショット後でも溶損は確認さ
れず、初期の状態のままであった。
On the other hand, when the die casting die 60 of the present embodiment was used, casting satisfying the product standard was possible even with 40000 shots. In this die casting mold 60, no erosion was confirmed even after 40000 shots, and the initial state was maintained.

【0104】また、製品の鋳造と、融着したアルミニウ
ムの除去を繰り返し、ダイカスト用金型が完全に使用で
きなくなるまでの最終的な寿命を確認したところ、従来
のダイカスト用金型のCrN膜は28000ショット
で溶損が進行し、アルミニウムの融着が激しく、しかも
融着アルミニウムを除去してもすぐに融着が発生し、使
用不可能になり、さらには、鋳造品を鋳造するキャビテ
ィ内の寸法が溶損により規格を外れた。これに対し、本
実施の形態のダイカスト用金型60は、110000シ
ョット鋳造しても製品規格を満足するものが安定して鋳
造できた。
[0104] Further, the final life until the die casting die could not be used completely was confirmed by repeating the casting of the product and the removal of the fused aluminum. As a result, the conventional die casting die was made of Cr 2 N. Melting of the film progresses at 28,000 shots, severe fusion of aluminum occurs, and even if the fused aluminum is removed, fusion occurs immediately, making the film unusable. The inside dimensions were out of specification due to erosion. On the other hand, the die casting die 60 of the present embodiment was able to stably cast a product that satisfies the product standard even after the 110000 shot casting.

【0105】このように本実施の形態の金型本体62,
63を組み合わせたダイカスト用金型60を用いること
により、型表面の劣化の進行が遅くなり、良好な離型性
が維持されるため、型として使用できなくなるまでの寿
命の延命化を行うことができる。
As described above, the mold body 62 according to the present embodiment,
By using the die-casting die 60 in combination with 63, the progress of the deterioration of the die surface is slowed down, and good releasability is maintained, so that the life can be extended until the die can no longer be used. it can.

【0106】また、本実施の形態によれば、ダイカスト
用金型60の金型本体62,63の当接面62a,63
aにCrN膜22を被覆し、その表面をイオン窒化処
理することにより、CrN膜22中に存在していた金
属成分であるCrが窒化され、改質CrN層23で表面
を完全なCrNセラミックにすることができ、表面の金
属成分と溶融金属とが反応することを防止できる。これ
により、CrN膜22に比べて耐熱性が高く、酸化の
進行が遅くなるとともに、型表面に溶融金属が融着する
現象をなくすことができ、CrNセラミック膜の特徴で
ある高硬度であり、かつ耐摩耗性や鋳造される溶融金属
に対する耐食性に優れるというメリットを最大限に引き
出すことができる。
Also, according to the present embodiment, the contact surfaces 62a, 63 of the die bodies 62, 63 of the die casting die 60.
a is coated with a Cr 2 N film 22, and the surface thereof is subjected to ion nitriding, whereby the metal component Cr present in the Cr 2 N film 22 is nitrided, and the surface is completely completed with the modified CrN layer 23. It is possible to make the CrN ceramic suitable for use and to prevent the metal component on the surface from reacting with the molten metal. Thereby, the heat resistance is higher than that of the Cr 2 N film 22, the progress of oxidation is slowed, and the phenomenon that the molten metal is fused to the mold surface can be eliminated. In addition, it is possible to make the most of the advantages of having excellent wear resistance and corrosion resistance against the molten metal to be cast.

【0107】また、CrN膜22表面のピンホールを
なくすことができ、鋳造中に溶融金属がピンホールから
母材20に浸透することを防止できるため、これが原因
となっている融着や剥離、溶損等をなくすことができ
る。さらに、イオン窒化処理により改質されたCrN膜
(改質CrN層23)の表面の結晶が微細化し、かつ緻
密に均一化しているため、ダイカスト用金型として使用
した際に、熱による酸化物の形成が抑制され、摩耗も少
なくなり、また、結晶成長も抑制されるため、劣化の進
行を遅延させることができる。
Further, pinholes on the surface of the Cr 2 N film 22 can be eliminated, and the molten metal can be prevented from penetrating from the pinholes into the base material 20 during casting. Peeling, erosion, etc. can be eliminated. Furthermore, since the crystal on the surface of the CrN film (modified CrN layer 23) modified by the ion nitriding treatment is refined and densely uniform, when used as a die-casting mold, the oxide due to heat Is suppressed, wear is reduced, and crystal growth is also suppressed, so that the progress of deterioration can be delayed.

【0108】このように、イオン窒化を用いる場合に
は、被処理物を直接陰極として用いるため、全体を均一
に窒化処理することができる。これにより、複雑形状の
ダイカスト用金型であっても全体に対して均一に処理が
可能になる。
As described above, when ion nitriding is used, since the object to be processed is used directly as a cathode, the entire surface can be uniformly nitrided. As a result, even a die-casting die having a complicated shape can be uniformly processed with respect to the whole.

【0109】なお、本実施の形態では、イオン窒化する
CrNセラミック膜の成膜を高周波マグネトロンスパ
ッタリング法によって行ったが、その他のPVD法やC
VD法、溶射等で成膜したものでも同様の効果を有する
ものである。
In the present embodiment, the Cr 2 N ceramic film to be ion-nitrided is formed by the high-frequency magnetron sputtering method.
A film formed by a VD method, thermal spraying or the like has the same effect.

【0110】また、本実施の形態では、母材20への密
着性を向上させるためのCr膜21の上に、CrN膜
22を2層目として成膜し、その表面をイオン窒化処理
したが、2層目として選択されるセラミック膜は、Ti
N、TiCN、TiNO、TiAlN、TiAlCN、
TiAlNO、TiCrN等のTi系セラミック、Cr
N、CrO、CrNO、CrCN、CrAlN、CrA
lCN、CrAlNO等の他のCr系セラミック、Al
等のAl系セラミック、BN等の硼化物系セラミ
ック、Si等の窒化物系セラミック等や、これら
の混合物でも同様の効果が得られる。
In this embodiment, a Cr 2 N film 22 is formed as a second layer on the Cr film 21 for improving the adhesion to the base material 20, and the surface thereof is subjected to ion nitriding. However, the ceramic film selected as the second layer is made of Ti
N, TiCN, TiNO, TiAlN, TiAlCN,
Ti-based ceramics such as TiAlNO and TiCrN, Cr
N, CrO, CrNO, CrCN, CrAlN, CrA
Other Cr-based ceramics such as 1CN, CrAlNO, Al
Similar effects can be obtained with Al-based ceramics such as 2 O 3 , boride-based ceramics such as BN, nitride-based ceramics such as Si 3 N 4 , and mixtures thereof.

【0111】さらに、本実施の形態では、イオン窒化法
を用いたが、ガス窒化法、塩浴窒化法、ガス軟窒化法、
浸硫窒化法、ガス浸硫窒化法等を用いても同様の効果が
得られるが、膜に存在するピンホール除去の観点から、
イオンが表面に衝突し、ピンホールを拡散することがで
きるイオン窒化が望ましい。また、上記の膜の種類によ
って、窒化処理、酸化処理、炭化処理、硼化処理から選
ばれる処理を適宜選択することができる。膜と処理との
組み合わせによっては、膜を構成している化合物以外の
化合物の合成も可能で、離型性や使用温度、硬度、反応
性、耐久性、コスト等によって最も優良な表面を選択す
ることが望ましい。
Further, in this embodiment, the ion nitriding method is used, but the gas nitriding method, the salt bath nitriding method, the gas soft nitriding method,
The same effect can be obtained by using a nitrosulphurizing method or a gas sulphurizing method, but from the viewpoint of removing pinholes present in the film,
Ion nitriding, which allows ions to strike the surface and diffuse pinholes, is desirable. In addition, a treatment selected from a nitriding treatment, an oxidation treatment, a carbonization treatment, and a boride treatment can be appropriately selected depending on the type of the above film. Depending on the combination of the film and the treatment, it is also possible to synthesize compounds other than the compounds that make up the film, and select the most excellent surface according to mold release, use temperature, hardness, reactivity, durability, cost, etc. It is desirable.

【0112】(実施の形態4)本発明の実施の形態4を
図8に基づいて説明する。図8は本実施の形態のダイカ
スト用金型を示す斜視図である。
(Embodiment 4) Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view showing a die casting mold according to the present embodiment.

【0113】このダイカスト用金型70は、カメラボデ
ィを鋳造するためのものであり、溶融金属を鋳造するキ
ャビティ71を形成する一対の金型本体72,73を有
している。金型本体72にはキャビティ71に溶融金属
を注入する注入口74が形成されている。
The die casting mold 70 is for casting a camera body, and has a pair of mold bodies 72 and 73 forming a cavity 71 for casting a molten metal. An injection port 74 for injecting the molten metal into the cavity 71 is formed in the mold body 72.

【0114】それぞれの金型本体72,73におけるキ
ャビティ71を形成する部分には、中子あるいは入子が
鋳造品の形状に対応するように取り付けられている。金
型本体72,73は、対向している当接面72a,73
aが密着した状態でキャビティ71を形成し、この密着
状態でキャビティ71に注入口74から溶融金属が注入
されて鋳造が行われる。なお、図示を簡略化するため、
金型本体72,73相互の位置決め手段や鋳造品の取り
出し手段は省略してある。
A core or insert is attached to a portion of each of the mold bodies 72 and 73 forming the cavity 71 so as to correspond to the shape of the casting. The mold bodies 72 and 73 are provided with the opposed contact surfaces 72a and 73.
A cavity 71 is formed in a state in which “a” is in close contact, and in this close contact state, molten metal is injected into the cavity 71 from an injection port 74 and casting is performed. In addition, in order to simplify illustration,
The means for positioning the mold bodies 72 and 73 relative to each other and the means for removing the cast product are omitted.

【0115】本実施の形態では、ダイカスト用金型70
のうち凹面の鋳造面を有する金型本体73に対し、その
鋳造面に処理を行うものであり、この処理は図1に示す
イオン注入装置30を用いて行う。従って、本実施の形
態では図1におけるスライドピン型1を金型本体73と
置き換えて説明する。かかる金型本体73の母材として
は、SKD61(HRC50)が使用される。
In this embodiment, the die casting mold 70 is used.
In the mold body 73 having a concave casting surface, processing is performed on the casting surface, and this processing is performed using the ion implantation apparatus 30 shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, the slide pin mold 1 in FIG. SKD61 (HRC50) is used as a base material of the mold body 73.

【0116】本実施の形態の金型本体73の鋳造面は、
大小の凹凸が形成された複雑な形状になっており、複雑
形状の最奥部分(凹部)に溶融金属が融着しやすい。こ
のため、その最奥部分まで耐溶損性や耐熱酸化性、耐熱
性を備えることが要求される。そのため、金型本体73
には予め金型母材の全面に蒸着装置により低温熱CVD
法を用いて、セラミック膜としてのTiN膜を5μm成
膜した。
The casting surface of the mold body 73 of the present embodiment is
It has a complicated shape with large and small irregularities, and the molten metal is easily fused to the innermost part (recess) of the complex shape. Therefore, it is required that the innermost portion be provided with erosion resistance, thermal oxidation resistance, and heat resistance. Therefore, the mold body 73
Low temperature thermal CVD on the entire surface of the mold base material in advance
Using a method, a TiN film as a ceramic film was formed to a thickness of 5 μm.

【0117】本実施の形態では、図1のイオン注入装置
30において、スライドピン型1に代わって金型本体7
3がホルダ2に保持される。また、金型本体73を保持
するホルダ2と、真空容器7との間に図示しないパルス
電源装置が接続されており、金型本体73に負の電圧を
印加できるようになっている。本実施の形態の図1にお
けるその他の構成は、実施の形態1と同様であるため説
明を省略する。
In this embodiment, in the ion implantation apparatus 30 shown in FIG.
3 is held by the holder 2. Further, a pulse power supply device (not shown) is connected between the holder 2 for holding the mold body 73 and the vacuum vessel 7, so that a negative voltage can be applied to the mold body 73. Other configurations in FIG. 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

【0118】次に、金型本体73の表面処理の工程を説
明する。まず、金型本体73をイオン注入装置30のホ
ルダ2に載置した状態で、真空ポンプ6によって真空容
器7内を排気し、8×10−4Pa以下の高真空とす
る。
Next, the step of surface treatment of the mold body 73 will be described. First, with the mold body 73 placed on the holder 2 of the ion implantation apparatus 30, the inside of the vacuum vessel 7 is evacuated by the vacuum pump 6 to make a high vacuum of 8 × 10 −4 Pa or less.

【0119】本実施の形態では、図示しないイオン化装
置に窒素ガスを1〜5SCCM導入し、プラズマを発生
させて窒素ガスをイオン化する。次いでイオン化された
イオンおよびN イオンを質量分離して、所望の
イオンだけをイオン導入口4からイオン源3に導
入する。
In the present embodiment, nitrogen gas is introduced into a non-illustrated ionizer at 1 to 5 SCCM to generate plasma and ionize the nitrogen gas. Next, the ionized N + ions and N 2 + ions are mass-separated, and only desired N 2 + ions are introduced into the ion source 3 from the ion inlet 4.

【0120】イオン源3よりイオン8を金型本体73に
向けて照射するが、このときの加速エネルギーは例えば
80Vの電圧で行い、N イオンが真空容器7内に充
満するように導入する。このときのイオン導入量は、金
型本体73に対するイオン照射量が1.5×1018
ons/cmとし、ビーム電流密度は40μA/cm
とした。
The ion source 3 irradiates the ions 8 toward the mold body 73. The acceleration energy at this time is, for example, a voltage of 80 V, and the N 2 + ions are introduced so as to fill the inside of the vacuum vessel 7. . At this time, the ion introduction amount is such that the ion irradiation amount to the mold body 73 is 1.5 × 10 18 i
ons / cm 2 and the beam current density is 40 μA / cm
And 2 .

【0121】かかるN イオンを真空容器7内に導入
しながら、図示しないパルス電源装置により、ホルダ2
を介して金型本体73に30kVの負のパルス電圧を印
加する。このとき、2μSのパルス幅として、5000
ppsのパルス周波数とした。このような処理方法は、
PSII(Plasma Immersion Ion Implantation) と呼
ばれる方法であり、負のパルス電圧で金型本体73の鋳
造面の凹凸部分、特に最奥部分(凹部)に対してもN
イオンを注入することができる。
While introducing such N 2 + ions into the vacuum vessel 7, the holder 2 was turned on by a pulse power supply (not shown).
A negative pulse voltage of 30 kV is applied to the mold main body 73 through. At this time, the pulse width of 2 μS is 5000
The pulse frequency was set to pps. Such a processing method
PSII (Plasma Immersion Ion Implantation) and a method called uneven portion of the casting surface of the mold body 73 by a negative pulse voltage, N 2 against particular deepest portion (recess)
+ Ions can be implanted.

【0122】なお、本実施の形態では、図1のイオン注
入装置30を用いたが、被処理物である金型本体73を
窒素プラズマ中に浸し、この金型本体73に負のパルス
電圧を印加する方法等の別の方法でもよい。
In this embodiment, the ion implantation apparatus 30 shown in FIG. 1 is used. However, the mold body 73 as an object to be processed is immersed in nitrogen plasma, and a negative pulse voltage is applied to the mold body 73. Another method such as a method of applying the voltage may be used.

【0123】また、上述したPSII法によってイオン
を注入するときは、N イオンを真空容器7内に連続
して導入しながら負のパルス電圧を印加するのに代え
て、N イオンを真空容器7内に導入した後に、一旦
の導入を停止して、パルス電圧を金型本体73に
印加してイオン注入し、その後、再度イオンを導入する
手段で行うことも可能である。
The ionization by the above-mentioned PSII method
When injecting2 +Ions continuously in vacuum vessel 7
Instead of applying a negative pulse voltage while introducing
And N 2 +After introducing the ions into the vacuum vessel 7, once
N2 +Is stopped and the pulse voltage is applied to the mold body 73.
Apply and ion implant, then reintroduce ions
It is also possible to carry out by means.

【0124】本実施の形態によって作製された金型本体
73の表面は、図9に模式的に示すように母材24の上
面にセラミック膜としてTiN膜25が存在し、TiN
膜25の表面から1000Åの深さまでは、注入した窒
素を含有する改質されたセラミック層としての改質Ti
N層26が存在している。この改質TiN層26は、T
iN膜25中に存在する金属Tiと注入される窒素イオ
ンとの衝突、反跳により、Ti元素が励起されることで
合成されたTiNを含む改質TiN層である。
The surface of the mold body 73 manufactured according to the present embodiment has a TiN film 25 as a ceramic film on the upper surface of the base material 24 as schematically shown in FIG.
At a depth of 1000 ° from the surface of the film 25, the modified Ti as a modified ceramic layer containing the implanted nitrogen is used.
An N layer 26 is present. This modified TiN layer 26 is made of T
This is a modified TiN layer containing TiN synthesized by exciting the Ti element by collision and recoil between the metal Ti existing in the iN film 25 and the implanted nitrogen ions.

【0125】この場合、過飽和の状態になるように、T
iN膜25に窒素イオンを注入することにより、窒素イ
オンが侵入する1000Åの深さまでは、金属Tiが存
在しない完全なセラミックのTiN層に改質され、改質
TiN層26から母材24に向かって、窒素量が傾斜的
に減少していく。完全なセラミックの改質TiN層26
は、結晶が小さく、かつ均一で緻密になるとともに、窒
素イオン注入前のTiN膜25中に存在していたピンホ
ールも消失している。
In this case, T is set so as to be in a supersaturated state.
By implanting nitrogen ions into the iN film 25, at a depth of 1000 ° at which nitrogen ions penetrate, the TiN layer is reformed into a complete ceramic TiN layer in which metal Ti does not exist, and from the modified TiN layer 26 toward the base material 24. As a result, the amount of nitrogen gradually decreases. Complete ceramic modified TiN layer 26
In addition, the crystal is small, uniform and dense, and the pinholes existing in the TiN film 25 before the nitrogen ion implantation have disappeared.

【0126】次に、この金型本体73と金型本体72を
組み合わせてダイカスト用金型70を形成し、マグネシ
ウム(AZ91D)によりカメラボディの鋳造を実際に
行ったところ、従来技術の低温熱CVD法で成膜したT
iN膜を被覆したダイカスト用金型の場合には、230
00ショットで鋳造面の凹部の隅にマグネシウムが融着
しただけでなく、キャビティ内に溶融金属を射出するゲ
ート部付近にも融着が発生し蓄積されていた。
Next, the die body 73 and the die body 72 were combined to form a die-casting die 70, and the camera body was actually cast with magnesium (AZ91D). T formed by the method
In the case of a die casting mold coated with an iN film, 230
In addition to the fusion of magnesium at the corners of the recesses of the casting surface in the 00 shot, fusion was also generated and accumulated near the gate portion for injecting the molten metal into the cavity.

【0127】一方、その表面にPSII法にて窒素イオ
ンを注入した本実施の形態のダイカスト用金型70を用
いた場合には、75000ショットでも金型の鋳造面や
ゲート部付近に対するマグネシウムの融着はなく、製品
規格を満足する鋳造が可能であった。
On the other hand, when the die casting mold 70 of the present embodiment in which nitrogen ions are implanted into the surface thereof by the PSII method is used, the melting of magnesium on the casting surface of the mold and the vicinity of the gate portion can be performed even at 75,000 shots. There was no wear, and casting satisfying the product standards was possible.

【0128】また、従来技術の金型に融着したマグネシ
ウムを除去剤にて取り除いた後に、その表面を観察した
ところ、TiN膜には、複雑形状の隅部やゲート部付近
にも剥離や溶損が確認でき、傷等も発生していた。これ
に対し、本実施の形態のダイカスト用金型70には、剥
離や溶損、傷等は確認されず初期の状態のままであっ
た。
When the surface of the TiN film was observed after removing the magnesium fused to the mold of the prior art with a removing agent, the TiN film was peeled or melted at the corner of the complicated shape or near the gate. Loss was confirmed, and scratches were also found. On the other hand, in the die casting mold 70 of the present embodiment, no peeling, erosion, scratches, etc. were confirmed, and the initial state was maintained.

【0129】さらに、製品の鋳造と融着したマグネシウ
ムの除去を繰り返し、ダイカスト用金型が完全に使用で
きなくなるまでの最終的な寿命を確認したところ、従来
技術のダイカスト用金型は、86000ショットで、T
iN被膜がほとんど消失して溶損が進行し、マグネシウ
ムの融着が激しく、しかも融着マグネシウムを除去して
もすぐにまた融着が発生し、遂には溶融金属をキャビテ
ィ内に射出するゲート部付近の摩耗が激しいため寸法が
規格を外れてしまい使用不可能になった。
Further, by repeating the casting of the product and the removal of the fused magnesium, and confirming the final life until the die casting die can no longer be completely used, the conventional die casting die was 86,000 shots. And T
The iN coating is almost completely lost and the erosion proceeds, and the fusion of magnesium is intense. Further, even if the fused magnesium is removed, the fusion occurs immediately and finally the molten metal is injected into the cavity. Due to severe abrasion in the vicinity, the dimensions were out of the standard and became unusable.

【0130】これに対して、本実施の形態のダイカスト
用金型70は、450000ショット鋳造しても、製品
規格を満足するカメラボディが安定して鋳造できた。
On the other hand, in the die casting mold 70 of the present embodiment, a camera body satisfying the product standard could be stably cast even after casting 450,000 shots.

【0131】本実施の形態によれば、ダイカスト用金型
70の金型本体73の母材24に対し、TiN膜25を
被覆し、その表面をPSII法により過飽和となるよう
に窒素イオンを注入することにより、TiN膜25中に
存在していた金属成分であるTiが完全に窒化され、T
iN膜25の表面を完全なセラミックである改質TiN
層26にすることができ、表面の金属成分と溶融金属と
が反応することを防止できる。これにより、型表面に溶
融金属が融着する現象を回避でき、TiNセラミック膜
の特徴である高硬度であり、かつ耐摩耗性や鋳造される
溶融金属に対する耐食性に優れるといったメリットを最
大限に引き出すことができる。
According to this embodiment, the base material 24 of the die body 73 of the die casting die 70 is coated with the TiN film 25, and nitrogen ions are implanted into the surface thereof by the PSII method so as to be supersaturated. As a result, Ti, which is a metal component existing in the TiN film 25, is completely nitrided, and T
The surface of the iN film 25 is made of modified TiN which is a perfect ceramic.
The layer 26 can be used to prevent the metal component on the surface from reacting with the molten metal. Thereby, the phenomenon that the molten metal is fused to the surface of the mold can be avoided, and the advantages of high hardness, which is a characteristic of the TiN ceramic film, and excellent wear resistance and excellent corrosion resistance to the molten metal to be cast are obtained. be able to.

【0132】また、TiN膜25表面のピンホールをな
くすことにより、鋳造中に溶融金属がピンホールから金
型母材24に浸透することを防止できるため、これが原
因となっている融着やTiN膜25の剥離、溶損をなく
すことができる。さらに、イオン注入により改質された
TiN層(改質TiN層)26表面の結晶は微細化し、
かつ緻密に均一化されているため、ダイカスト用金型と
して使用した際に、熱による酸化物の形成が抑制され、
摩耗も少なくなり、劣化の進行を遅延させることができ
る。
Further, by eliminating pinholes on the surface of the TiN film 25, it is possible to prevent molten metal from infiltrating from the pinholes into the mold base material 24 during casting. Peeling and melting of the film 25 can be eliminated. Further, the crystal on the surface of the TiN layer (modified TiN layer) 26 modified by ion implantation becomes finer,
And because it is densely uniform, when used as a die casting mold, the formation of oxides due to heat is suppressed,
Wear is reduced, and the progress of deterioration can be delayed.

【0133】さらには、イオン注入面の高硬度化や摩擦
係数低下により、傷等が付き難く、耐久性が向上する効
果もある。また、PSII法によるイオン注入を行った
ことで、複雑形状のカメラボディ用の金型本体において
も、全ての面にイオン注入処理が可能となる。
In addition, the ion implantation surface has high hardness and a low friction coefficient, so that scratches and the like are not easily formed, and the durability is also improved. Further, by performing the ion implantation by the PSII method, it is possible to perform the ion implantation process on all surfaces even in a mold body for a camera body having a complicated shape.

【0134】また、本実施の形態では、TiNセラミッ
ク膜の成膜に低温熱CVD法を用いたが、その他のCV
D法やPVD法、溶射等で成膜したものでも同様の効果
があることは言うまでもない。
In this embodiment, the low temperature thermal CVD method is used for forming the TiN ceramic film.
It goes without saying that the same effect can be obtained even if the film is formed by the D method, the PVD method, the thermal spraying or the like.

【0135】なお、上記実施の形態1から4において
は、精密なダイカスト用金型50,60,70に溶融金
属を圧入して鋳込む、いわゆる狭義のダイカストについ
て説明しているが、本発明はその作用から、以下に記載
する技術を含む、先に定義した広い意味でのダイカスト
に遍く適用できるものである。
In the first to fourth embodiments, the so-called narrow-die casting, in which molten metal is press-fitted into precision die-casting dies 50, 60, and 70, is described. Due to its action, it can be universally applied to die casting in the broad sense defined above, including the technology described below.

【0136】例えば、金型に半溶融状態の金属を圧入し
て鋳込む、チクソモールディング(あるいはチクソキャ
スティング)と呼ばれる技術がある。チクソモールディ
ングは、マグネシウムのような非常に酸化し易い金属の
精密鋳造に用いられる技術であり、金属結晶を低温でも
粘性の比較的小さい非晶質状態にしたものを原料とし、
低温、半溶融状態で金型内に射出し鋳造するものであ
る。また、これとは別に、金型に溶融金属を流し込んだ
後に鋳込む一般的な鋳造技術がある。
For example, there is a technique called thixomolding (or thixocasting) in which a semi-molten metal is press-fitted into a mold and cast. Thixomolding is a technique used for precision casting of highly oxidizable metals such as magnesium.
It is to be injected and cast into a mold in a low-temperature, semi-molten state. Apart from this, there is a general casting technique in which molten metal is poured into a mold and then cast.

【0137】本発明は、鋳造される金属に接触する金型
の鋳造面が、欠陥のない完全なセラミックに改質されて
いることにより、金型母材と鋳造される金属とを接触さ
せないことを、その作用とするものであるため、金型に
より金属を鋳込むあらゆる鋳造方法に適用され効果を生
じるものである。
The present invention is intended to prevent the mold base material from being brought into contact with the metal to be cast, since the casting surface of the mold in contact with the metal to be cast has been modified into a perfect ceramic without defects. Therefore, the present invention can be applied to any casting method in which metal is cast using a metal mold, and produces an effect.

【0138】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。 (付記) (1)溶融または半溶融状態の金属を鋳造するダイカス
ト用金型において、少なくとも上記溶融または半溶融状
態の金属と接触する面の一部または全部が、イオン注入
により改質された母材元素と注入元素との金属が存在し
ない化合物表面または混合物表面となっていることを特
徴とするダイカスト用金型。
The technical idea having the following configuration is derived from the above-described specific embodiment. (Supplementary Note) (1) In a die casting mold for casting a molten or semi-molten metal, at least a part or all of a surface in contact with the molten or semi-molten metal is modified by ion implantation. A die casting die having a compound surface or a mixture surface in which a metal of a material element and an injection element does not exist.

【0139】(2)溶融または半溶融状態の金属を鋳造
するダイカスト用金型において、少なくとも上記溶融ま
たは半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部が
イオン注入により改質され少なくとも表面を金属が存在
しないセラミック膜で被覆されていることを特徴とする
ダイカスト用金型。
(2) In a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state is modified by ion implantation and at least the surface is modified. A die casting die, characterized by being coated with a ceramic film having no metal.

【0140】付記(1)のダイカスト用金型によれば、
溶融または半溶融状態の金属と接触しても、接触面には
酸化が起こらず、焼き付きや溶損が発生しないため、型
寿命の延命化を図ることができる。
According to the die for die casting described in the appendix (1),
Even when the metal comes into contact with a molten or semi-molten metal, oxidation does not occur on the contact surface, and seizure and melting damage do not occur, so that the life of the mold can be extended.

【0141】付記(2)のダイカスト用金型によれば、
セラミック膜に発生しているピンホールをなくして、溶
融金属との融着や、改質したセラミック膜の剥離、溶損
を防止し、型寿命の延命化を図ることができる。
According to the die-casting die described in (2),
By eliminating pinholes generated in the ceramic film, fusion with a molten metal, peeling and melting of the modified ceramic film can be prevented, and the life of the mold can be extended.

【0142】[0142]

【発明の効果】請求項1および5の発明によれば、溶融
または半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金型お
よびその製造方法において、少なくとも溶融または半溶
融状態の金属と接触する面の一部または全部にイオンを
注入し、母材元素と注入元素との化合物表面または混合
物表面に改質するため、改質された表面は結晶が小さ
く、かつ緻密で均一であり、熱による結晶成長を抑制す
ることができる。また、改質した表面は、硬度が向上す
る他、摩擦係数が低下し、耐摩耗性が向上する。
According to the first and fifth aspects of the present invention, in a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state and a method of manufacturing the same, at least one surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state. Ions are implanted in all or part of the surface, and the surface of the compound or mixture of the base material element and the implanted element is reformed, so that the modified surface is small, dense and uniform, and crystal growth by heat is prevented. Can be suppressed. In addition, the modified surface has an improved hardness, a reduced friction coefficient, and improved wear resistance.

【0143】これにより、型表面の劣化の進行が遅くな
り、良好な離型性を維持でき、型寿命を延命化すること
ができる。さらに、表面の高硬度化や耐摩耗性の向上に
より傷等の発生を防止できるため、鋳造品の外観に傷等
が発生しにくく、金型を長期にわたり使用でき、型寿命
を延命化できる。
As a result, the progress of deterioration of the mold surface is slowed down, good mold releasability can be maintained, and the life of the mold can be extended. Furthermore, since the occurrence of scratches and the like can be prevented by increasing the hardness of the surface and improving the wear resistance, scratches and the like hardly occur on the appearance of the cast product, the mold can be used for a long time, and the life of the mold can be extended.

【0144】請求項2および6の発明によれば、溶融ま
たは半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金型およ
びその製造方法において、少なくとも溶融または半溶融
状態の金属と接触する面の一部または全部にセラミック
膜を成膜し、このセラミック膜表面にイオンを注入する
ことにより改質したセラミック膜とするため、改質した
金型表面が金属成分を含まない完全なセラミック表面に
なる。このため、表面の金属成分と溶融または半溶融状
態の金属とが反応することを防止できる。
According to the second and sixth aspects of the present invention, in a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state and a method of manufacturing the same, at least a part of a surface in contact with the metal in a molten or semi-molten state. A ceramic film is formed on the entire surface, and ions are implanted into the surface of the ceramic film to form a modified ceramic film. Therefore, the modified mold surface becomes a complete ceramic surface containing no metal component. For this reason, it is possible to prevent the metal component on the surface from reacting with the molten or semi-molten metal.

【0145】これにより、型表面に溶融または半溶融状
態の金属が融着することを防止でき、高硬度で、耐摩耗
性にも優れており、かつ鋳造される溶融または半溶融状
態の金属に対する耐食性という点でも優れるといったセ
ラミック膜本来の特性を、最大限に引き出すことができ
る。また、改質したセラミック膜は、ピンホールが消失
しているため、鋳造中に溶融または半溶融状態の金属が
ピンホールから母材に浸透することを防止でき、耐食性
が向上し、型寿命を延命化することができる。
Thus, fusion of the molten or semi-molten metal to the mold surface can be prevented, the hardness is high, the abrasion resistance is excellent, and the molten or semi-molten metal to be cast can be prevented. The original characteristics of the ceramic film, such as excellent corrosion resistance, can be maximized. In addition, since the pinholes have disappeared in the modified ceramic film, it is possible to prevent the molten or semi-molten metal from penetrating from the pinholes into the base material during casting, improve corrosion resistance, and improve mold life. Life can be extended.

【0146】請求項3および7の発明によれば、溶融ま
たは半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金型およ
びその製造方法において、少なくとも溶融または半溶融
状態の金属と接触する面の一部または全部に、窒化物系
セラミック、酸化物系セラミック、炭化物系セラミッ
ク、硼化物系セラミックから選ばれた少なくとも1つを
含むセラミック膜を成膜し、このセラミック膜の表面に
窒素イオン、酸素イオン、炭素イオン、硼素イオン、不
活性ガスの少なくとも1つを含むイオンを注入してセラ
ミック膜を改質するため、離型性や使用温度、硬度、反
応性、耐久性、コスト等によって、材料的に最も優良な
物質を選択して金型表面を形成することができる。
According to the third and seventh aspects of the present invention, in a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state and a method of manufacturing the same, at least a part of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state. A ceramic film containing at least one selected from nitride-based ceramics, oxide-based ceramics, carbide-based ceramics, and boride-based ceramics is formed on all of them, and nitrogen ions, oxygen ions, carbon In order to modify the ceramic film by injecting ions containing at least one of ions, boron ions and inert gas, the material is the most important depending on the releasability, operating temperature, hardness, reactivity, durability, cost, etc. A good material can be selected to form the mold surface.

【0147】請求項4および8の発明によれば、溶融ま
たは半溶融状態の金属を鋳造するダイカスト用金型およ
びその製造方法において、少なくとも溶融または半溶融
状態の金属と接触する面の一部または全部に、窒化物系
セラミック、酸化物系セラミック、炭化物系セラミッ
ク、硼化物系セラミックから選ばれた少なくとも1つを
含むセラミック膜を成膜し、このセラミック膜の表面を
窒化処理、酸化処理、炭化処理、硼化処理の少なくとも
1つから選ばれる処理により改質するため、セラミック
膜の表面に存在していた金属成分を完全にセラミック化
することができ、かつ処理した表面の結晶を微細化し、
緻密に均一化でき、しかも複雑形状のダイカスト用金型
にも全体に均一に処理が可能となる。
According to the fourth and eighth aspects of the present invention, in a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state and a method for producing the same, at least a part of a surface in contact with the metal in a molten or semi-molten state. A ceramic film containing at least one selected from nitride-based ceramics, oxide-based ceramics, carbide-based ceramics, and boride-based ceramics is formed on all of the surfaces, and the surface of the ceramic film is subjected to nitriding, oxidation, and carbonization. Treatment, the modification by at least one treatment selected from boration treatment, the metal component existing on the surface of the ceramic film can be completely ceramicized, and the crystal on the treated surface is refined,
Dense casting can be performed precisely and uniformly, and even a complicated shape die can be uniformly processed.

【0148】また、離型性や使用温度、硬度、反応性、
耐久性、コスト等によって、材料や処理方法として最も
優良なものを選択して金型表面を形成することができ
る。さらに、ダイカスト用金型の型表面の劣化の進行が
遅くなり、良好な離型性を維持でき、型寿命を延命化す
ることができる。
Further, the releasability, operating temperature, hardness, reactivity,
Depending on durability, cost, etc., the most suitable material and processing method can be selected to form the mold surface. Further, the progress of deterioration of the die surface of the die for die casting is slowed down, good releasability can be maintained, and the life of the die can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1のダイカスト用金型の製
造方法に用いるイオン注入装置を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ion implantation apparatus used for a method for manufacturing a die casting die according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1のダイカスト用金型を示
す分解斜視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the die casting die according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1のダイカスト用金型の層
構成を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a layer configuration of a die casting mold according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態2のダイカスト用金型の層
構成を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a layer configuration of a die casting mold according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態3のダイカスト用金型の製
造方法に用いるイオン窒化装置を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing an ion nitriding apparatus used in a method for manufacturing a die for die casting according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態3のダイカスト用金型を示
す分解斜視図である。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a die casting mold according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態3のダイカスト用金型の層
構成を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a layer configuration of a die casting mold according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態4のダイカスト用金型を示
す分解斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a die casting die according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態4のダイカスト用金型の層
構成を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a layer configuration of a die casting mold according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スライドピン型 9,11,20,24 母材 10 FeN層 12 TiN膜 13 TiAlN膜 14 改質TiAlN層 21 Cr膜 22 CrN膜 23 改質CrN層 25 TiN膜 26 改質TiN層 50,60,70 ダイカスト用金型 52,53,62,63,72,73 金型本体Reference Signs List 1 slide pin type 9, 11, 20, 24 base material 10 FeN layer 12 TiN film 13 TiAlN film 14 modified TiAlN layer 21 Cr film 22 Cr 2 N film 23 modified CrN layer 25 TiN film 26 modified TiN layer 50, 60, 70 Die casting mold 52, 53, 62, 63, 72, 73 Mold body

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶融または半溶融状態の金属を鋳造する
ダイカスト用金型において、少なくとも上記溶融または
半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部が、イ
オン注入により改質された母材元素と注入元素との化合
物表面または混合物表面となっていることを特徴とする
ダイカスト用金型。
In a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state is modified by ion implantation. A die-casting mold characterized by having a compound surface or a mixture surface of an element and an implanted element.
【請求項2】 溶融または半溶融状態の金属を鋳造する
ダイカスト用金型において、少なくとも上記溶融または
半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部が、イ
オン注入により改質されたセラミック膜で被覆されてい
ることを特徴とするダイカスト用金型。
2. A die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, wherein at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state is modified by ion implantation. A die casting die, characterized by being coated with:
【請求項3】 溶融または半溶融状態の金属を鋳造する
ダイカスト用金型において、少なくとも上記溶融または
半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部に、窒
化物系セラミック、酸化物系セラミック、炭化物系セラ
ミック、硼化物系セラミックから選ばれた少なくとも1
つを含むセラミック膜が成膜されており、このセラミッ
ク膜に窒素イオン、酸素イオン、炭素イオン、硼素イオ
ン、不活性ガスの少なくとも1つを含むイオンが注入さ
れていることを特徴とするダイカスト用金型。
3. A die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, wherein at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state is a nitride ceramic or an oxide ceramic. , At least one selected from carbide-based ceramics and boride-based ceramics
And a ceramic film containing at least one of nitrogen ions, oxygen ions, carbon ions, boron ions, and an inert gas is implanted into the ceramic film. Mold.
【請求項4】 溶融または半溶融状態の金属を鋳造する
ダイカスト用金型において、少なくとも上記溶融または
半溶融状態の金属と接触する面の一部または全部に、窒
化物系セラミック、酸化物系セラミック、炭化物系セラ
ミック、硼化物系セラミックから選ばれた少なくとも1
つを含むセラミック膜が成膜されており、このセラミッ
ク膜に対し窒化処理、酸化処理、炭化処理、硼化処理か
ら選ばれる少なくとも1つの処理がなされていることを
特徴とするダイカスト用金型。
4. In a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state is made of a nitride ceramic or an oxide ceramic. , At least one selected from carbide-based ceramics and boride-based ceramics
A die for a die casting, wherein a ceramic film including at least one of the following is formed, and the ceramic film is subjected to at least one treatment selected from a nitriding treatment, an oxidation treatment, a carbonization treatment, and a boride treatment.
【請求項5】 溶融または半溶融状態の金属を鋳造する
ダイカスト用金型の製造方法において、少なくとも上記
溶融または半溶融状態の金属と接触する面の一部または
全部に、イオンを注入する工程を有することを特徴とす
るダイカスト用金型の製造方法。
5. A method for manufacturing a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, the method comprising the step of implanting ions into at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state. A method for manufacturing a die for die casting, comprising:
【請求項6】 溶融または半溶融状態の金属を鋳造する
ダイカスト用金型の製造方法において、少なくとも上記
溶融または半溶融状態の金属と接触する面の一部または
全部に、セラミック膜を成膜する工程と、このセラミッ
ク膜表面にイオンを注入する工程とを有することを特徴
とするダイカスト用金型の製造方法。
6. A method for manufacturing a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, wherein a ceramic film is formed on at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state. A method for producing a die for a die casting, comprising: a step of implanting ions into the surface of the ceramic film.
【請求項7】 上記セラミック膜が、窒化物系セラミッ
ク、酸化物系セラミック、炭化物系セラミック、硼化物
系セラミックから選ばれた少なくとも1つを含むセラミ
ック膜であり、上記イオンが、窒素イオン、酸素イオ
ン、炭素イオン、硼素イオン、不活性ガスの少なくとも
1つを含むイオンであることを特徴とする請求項6記載
のダイカスト用金型の製造方法。
7. The ceramic film according to claim 1, wherein the ceramic film includes at least one selected from a nitride ceramic, an oxide ceramic, a carbide ceramic, and a boride ceramic. 7. The method for producing a die casting die according to claim 6, wherein the ion is an ion containing at least one of an ion, a carbon ion, a boron ion, and an inert gas.
【請求項8】 溶融または半溶融状態の金属を鋳造する
ダイカスト用金型の製造方法において、少なくとも上記
溶融または半溶融状態の金属と接触する面の一部または
全部に、窒化物系セラミック、酸化物系セラミック、炭
化物系セラミック、硼化物系セラミックから選ばれた少
なくとも1つを含むセラミック膜を成膜する工程と、上
記セラミック膜に対し窒化処理、酸化処理、炭化処理、
硼化処理から選ばれる少なくとも1つの処理を行う工程
とを有することを特徴とするダイカスト用金型の製造方
法。
8. A method for manufacturing a die casting mold for casting a metal in a molten or semi-molten state, wherein at least a part or all of a surface in contact with the metal in the molten or semi-molten state is made of a nitride ceramic, an oxide, Forming a ceramic film containing at least one selected from ceramics, carbide ceramics, and boride ceramics; and nitriding, oxidizing, and carbonizing the ceramic film.
Performing at least one treatment selected from boring treatments.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009101385A (en) * 2007-10-23 2009-05-14 Daido Steel Co Ltd Die casting die and its manufacturing method
CN105143498A (en) * 2013-04-16 2015-12-09 欧瑞康表面处理解决方案股份公司特鲁巴赫 Chromium-based oxidation protection layer

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