[发明专利]硬质皮膜和模具

说明书

技术领域

本发明涉及硬质皮膜和模具。

背景技术

近年来，金属板的冲压成形等所使用的模具，由于在高张力钢板(高抗拉强度钢)等的强度高的金属板的成形、热压(热冲压)等新的加工方法中使用，所以与以往相比，在负荷更高的状态下使用。因此，现状是金属板的冲压成形造成的模具的磨耗量显著加快。

为了应对这样的状况，提出在对于金属板进行冲压的模具的成形面上，形成由硬质金属构成的皮膜作为耐磨耗层，从而防止冲压成形造成的模具的磨耗。例如，在下述专利文献1中公开，通过物理气相沉积(PVD)法，将铬(Cr)系的硬质皮膜形成于模具的表面。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2012－1801号公报

在上述专利文献1所公开的表面形成有Cr系硬质皮膜的模具中，能够一定程度地防止因冲压成形造成的模具的磨耗，但其效果不充分。因此，为了提供可能应对像近年这样在高负荷的状况下实施的冲压成形的模具，需要进一步提高形成于模具的成形面的硬质皮膜的耐磨耗性。

发明内容

本发明鉴于上述课题而形成，其目的在于，提供一种具有优异的耐磨耗性的硬质皮膜和在表面形成有该硬质皮膜的模具。

(1)本发明的一个方面的硬质皮膜，是至少含有Cr、M及C各元素的硬质皮膜。元素M是从由属于周期表的4a族的元素、属于周期表的5a族的元素、属于周期表的6a族的元素中除去Cr以外的元素、Al、Si及B构成的群中选择的至少一种元素。所述硬质皮膜的C的原子比为0.03以上且0.5以下。

本发明者们，为了改善碳化铬(CrC)皮膜和碳氮化铬(CrCN)皮膜等的Cr系硬质皮膜的耐磨耗性，对于皮膜中的成分组成进行了锐意研究。其结果是，本发明者们发现，在Cr系硬质皮膜中添加特定的元素M，并且将皮膜中的碳(C)的导入量规定在特定的范围，皮膜的耐磨耗性显著提高，从而想到本发明。

上述硬质皮膜，是在Cr系硬质皮膜中添加有特定的元素M的，元素M是周期表中属于4a族的元素、属于5a族的元素、属于6a族的元素(除去Cr)、Al、Si及B的至少一种。因此，上述硬质皮膜与没有添加元素M的现有的Cr系硬质皮膜相比，耐磨耗性显著提高。另外，元素M优选为与C结合而形成碳化物的元素，优选含有W(6a族)、Mo(6a族)、Ti(4a族)或V(5a族)。

另外，本发明者们经详细研究的结果了解到，C的导入量也会对皮膜的耐磨耗性产生重大影响。具体来说，C的原子比低于0.03和高于0.5时，皮膜的耐磨耗性劣化，相对于此，处于0.03以上且0.5以下的范围内，则耐磨耗性大幅提高。上述硬质皮膜中，通过使原子比达到0.03以上且0.5以下而导入C，则耐磨耗性显著提高。另外，从进一步提高耐磨耗性的观点出发，优选C的原子比低于0.3，优选为0.05以上，更优选为0.1以上。

上述硬质皮膜中所含有的各元素的检测，能够通过EDX(能量色散型X射线光谱法)进行。具体来说，就是对皮膜的表面照射电子射线，检测由此发生的各元素固有的标识X射线，从而能够确认在皮膜中存在Cr、M及C各元素，且通过定量分析，能够确认C的原子比在0.03以上且0.5以下的范围内。

(2)上述硬质皮膜，也可以是组成式为Cr_{1－a－b－c－d}M_a C_bN_cX_d的单层膜。元素X是由Fe、Ni、Co和Cu所构成的群中选择的至少一种元素。在所述组成式中，a、b、c、d是M、C、N、X的各原子比。另外在所述组成式中，也可以满足0.01≤a≤0.2和0.03≤b≤0.5的关系式。

本发明者们经过详细研究的结果是，使原子比a为0.01以上而导入元素M，皮膜的耐磨耗性进一步提高，另一方面，若高于0.2，则耐磨耗性反而劣化。因此，使原子比a为0.01以上且0.2以下的方式导入元素M，能够使皮膜的耐磨耗性进一步提高。另外元素M的原子比a优选为0.1以下，更优选为0.05以下。

另外，形成满足所述组成式的单层膜，与层叠由互不相同的组成式构成的多层皮膜的情况不同，由PVD法等成膜时，不需要准备多种靶对其进行成膜，而是能够以更简单的工艺成膜。

(3)在上述硬质皮膜中，也可以满足0≤c≤0.2的关系式。

若导入氮(N)直至原子比c高于0.2，则皮膜中的碳化物的量变少，因此耐磨耗性降低。因此，优选使N以原子比c为0.2以下的方式被导入，另外也可以不导入N(c＝0)。