包覆工具的制造方法技术

本发明专利技术涉及能够使高硬度的DLC覆膜在确保优异的密合性的基础上形成为厚膜的包覆工具的制造方法。一种包覆工具的制造方法，其为利用过滤电弧离子镀法在基材的表面形成类金刚石碳覆膜的包覆工具的制造方法，包括以下工序：第1工序：将施加于前述基材的负偏压设为‑2500V以上且‑1500V以下，向炉内导入含氢气的混合气体，对前述基材的表面进行气体轰击处理；以及第2工序：在前述气体轰击处理后向前述炉内导入氮气，向石墨靶投入电流，从而在前述基材的表面形成类金刚石碳覆膜，在前述第2工序中，包括：使前述氮气的流量减少的工序；和使向前述石墨靶投入的前述电流增加的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包覆工具的制造方法
本专利技术涉及可以在例如冲压加工用或锻造用的模具、锯片等切割工具、以及钻头等切削工具等中使用的包覆工具，涉及形成有类金刚石碳覆膜(以下也称为“DLC覆膜”)的包覆工具的制造方法。
技术介绍
用模具对铝、铜和树脂等被加工材料进行成形加工时，由于部分被加工材料附着于模具的表面上，因此有时会产生卡挂、划痕等产品异常。为了解决这种问题，应用一种在模具的表面形成有DLC覆膜的包覆模具。实质上不含有氢的DLC覆膜(Tetrahedralamorphouscarbon覆膜：ta-C覆膜)因高硬度且耐磨性优异，而被广泛地用于包覆模具。然而，实质上不含有氢的高硬度的DLC覆膜是通过利用了石墨靶的电弧离子镀法形成的，被称为熔滴(droplet)的大小为几微米的颗粒(石墨球)会不可避免地混入至DLC覆膜，从而使DLC覆膜的表面粗糙度恶化。对于这样的问题，在专利文献1中公开了通过应用具备收集熔滴的机构的过滤电弧离子镀法(FilteredArcIonPlating)，从而能够形成平滑且高硬度的实质上不含有氢的DLC覆膜。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-297171号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题如专利文献1那样的、通过过滤电弧离子镀法形成时，能够达成高硬度且平滑的表面状态的DLC覆膜。然而，高硬度的DLC覆膜存在缺乏密合性的倾向，存在仅应用过滤电弧离子镀法难以达成可满足的密合性的倾向。另外，为了在严苛的使用环境下进一步提高包覆工具的耐久性，要求将高硬度的DLC覆膜进一步制成厚膜。然而，为了形成厚膜的DLC覆膜而延长成膜时间时，电弧放电容易为不稳定，难以使高硬度的DLC覆膜在确保优异的密合性的基础上制成厚膜。本专利技术是鉴于以上这样的情况而做出的，涉及能够使高硬度的DLC覆膜在确保优异的密合性的基础上形成为厚膜的包覆工具的制造方法。用于解决问题的方案本专利技术的包覆工具的制造方法为利用过滤电弧离子镀法在基材的表面形成类金刚石碳覆膜的方法，所述包覆工具的制造方法包括以下工序：第1工序：将施加于前述基材的负偏压设为-2500V以上且-1500V以下，向炉内导入含氢气的混合气体，对前述基材的表面进行气体轰击处理；以及第2工序：在前述气体轰击处理后向前述炉内导入氮气，向石墨靶投入电流，从而在前述基材的表面形成类金刚石碳覆膜，在前述第2工序中，包括：使前述氮气的流量减少的工序；和使向前述石墨靶投入的前述电流增加的工序。前述类金刚石碳覆膜的膜厚优选为2.0μm以上。在使向前述石墨靶投入的电流增加的工序中，使向前述石墨靶投入的电流优选增加总计40A以上。专利技术的效果根据本专利技术，可以使具有优异的密合性的高硬度的DLC覆膜形成为厚膜。另外，可以稳定地制造成膜稳定、耐久性优异的包覆工具。附图说明图1为本专利技术例4中包覆的DLC覆膜利用扫描型电子显微镜的截面观察照片(×17340倍)。图2为实施例中使用的T字型过滤电弧离子镀装置的示意图。具体实施方式本专利技术人关于将密合性优异的高硬度的DLC覆膜的膜厚进一步制成厚膜的方法进行研究。而且发现，在过滤电弧离子镀法中，重要的是：对形成DLC覆膜前的基材的气体轰击处理、DLC覆膜形成时的炉内气氛和向石墨靶投入的电流的控制，达成了本专利技术的包覆工具的制造方法。以下，关于本专利技术的详细内容进行说明。本专利技术可以使用以往公知的过滤电弧离子镀装置。通过应用过滤电弧离子镀法，可以形成覆膜内部所含的熔滴减少而成为平滑的表面状态、且实质上不含有氢的、纳米压痕硬度也达到50GPa以上的高硬度的DLC覆膜。特别是，使用T字型过滤电弧离子镀装置时，可以形成更平滑且高硬度的DLC覆膜，故而优选。对于本专利技术的DLC覆膜，为了提高包覆工具的耐磨耗性，纳米压痕硬度优选为50GPa以上。更优选为55GPa以上，进一步优选为60GPa以上。进一步更优选为70GPa以上。另一方面，DLC覆膜的硬度成为过高硬度时，有时残留压缩应力变得过高、与基材的密合性降低。因此，纳米压痕硬度优选为100GPa以下。DLC覆膜的纳米压痕硬度进一步优选为95GPa以下。纳米压痕硬度是将探针压入试样(DLC覆膜)而使其塑性变形时的塑性硬度，根据压入载荷与压入深度(位移)求出载荷-位移曲线，算出硬度。具体而言，使用ElionixCo.,Ltd.制造的纳米压痕装置，以压入载荷9.8mN、最大载荷保持时间1秒、载荷负载后的去除速度0.49mN/秒的测定条件，测定10个点的覆膜表面的硬度，由去掉了值大的2个点与值小的2个点后的6个点的平均值来求得。纳米压痕硬度达到50GPa以上的高硬度的DLC覆膜存在内部应力极高而缺乏与基材的密合性的倾向。以往作为改善密合性的方法，提出了设置硬度比DLC覆膜低的中间覆膜的技术方案。然而，根据本专利技术人的研究可确认，在基材与DLC覆膜之间夹杂金属、碳化物或者氮化物等中间覆膜时，会以中间覆膜的表面缺陷为起点，DLC覆膜率先剥离，因此对于改善密合性而言并不充分。因此，本专利技术中，为了在基材的正上方直接形成DLC覆膜也不有损密合性，研究了在形成DLC覆膜前进行的对基材的气体轰击处理。本专利技术中，作为第1工序，向炉内导入含氢气的混合气体，对基材的表面进行气体轰击处理。根据本专利技术人的研究，确认了进行以往的利用氩气的气体轰击处理时，覆膜与基材之间的界面处存在大量的氧而使密合性降低。在该界面处存在的氧主要是由于在基材表面自最初起形成的氧化膜所导致的，是利用氩气实施的气体轰击处理中无法完全去除的残留元素。因此，本专利技术中，向炉内(真空室)导入含氢气的混合气体，对基材的表面进行气体轰击处理。通过使用含氢气的混合气体对基材的表面进行气体轰击处理，使存在于基材表面的氧化膜与氢离子反应而被还原，从而能够充分地去除氧化膜和表面的污迹，提高基材的正上方所形成的DLC覆膜的密合性。含氢气的混合气体优选为相对于氩气和氢气的总质量而言含有4质量％以上的氢气的混合气体。氢气少于4质量％时，有时难以通过利用混合气体的气体轰击处理来去除氧化膜。更优选使用氢气为5质量％以上的混合气体，进一步优选使用氢气为7质量％以上的混合气体。更进一步优选使用氢气为10质量％以上的混合气体。但是，对于氢气超过30质量％的混合气体，存在通过气体轰击处理来去除氧化膜和表面的污迹的效果固定(即使提高到更高的氢气的浓度也不会使效果提高)的倾向。因此，优选使用氢气为30质量％以下的混合气体。更优选使用氢气为25质量％以下的混合气体。进一步优选使用氢气为15质量％以下的混合气体。上述的使用混合气体的气体轰击处理中，将施加于基材的负偏压设为-2500V以上且-1500V以下。施加于基材的负偏压大于-1500V(与-1500V相比为正值侧)时，气体离子的碰撞能量低，因此存在氧化膜和表面的污迹的去除效果变小，基材与高硬度的DLC覆膜的密合性降低的倾向。另外，施加于基材的负偏压小于-2500V(与-2500V相比为负值侧)时，有时等离子体容易变得不稳定而引起异常放电。若产生异常放电，则在工具表面会形成异常放电(arcing)痕，因此有时在工具表面上产生凹凸。施加于基材的负偏压更优选为-2400V以上，进一步优选为-2300V以上。另外，施加于基材的负偏压优选为-1600V以下，更优选为-1700本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包覆工具的制造方法，其特征在于，其为利用过滤电弧离子镀法在基材的表面形成类金刚石碳覆膜的方法，所述包覆工具的制造方法包括以下工序：第1工序：将施加于所述基材的负偏压设为‑2500V以上且‑1500V以下，向炉内导入含氢气的混合气体，对所述基材的表面进行气体轰击处理；以及第2工序：在所述气体轰击处理后向所述炉内导入氮气，向石墨靶投入电流，从而在所述基材的表面形成类金刚石碳覆膜，在所述第2工序中，包括：使所述氮气的流量减少的工序；和使向所述石墨靶投入的电流增加的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.01 JP 2014-157477;2015.03.26 JP 2015-064361.一种包覆工具的制造方法，其特征在于，其为利用过滤电弧离子镀法在基材的表面形成类金刚石碳覆膜的方法，所述包覆工具的制造方法包括以下工序：第1工序：将施加于所述基材的负偏压设为-2500V以上且-1500V以下，向炉内导入含氢气的混合气体，对所述基材的表面进...

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