[發明專利]經表面處理的模具和制造經表面處理的模具的方法

有效

• 申請號: 201010565647.0
• 申請日: 2010-11-26
• 公開（公告）號: CN102078921A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 古川雄一;八百川盾;巖田靖
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: B22C9/06
• 分類號: B22C9/06;B22D17/22;C23C28/00;C23C16/26
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 馬江立;柴智敏

技術領域

本發明涉及一種經表面處理的模具和一種制造經表面處理的模具的方法。更特別地，本發明涉及一種具有由碳膜覆蓋的表面的模具。

背景技術

使用模具來大量生產具有相同形狀和質量的產品的技術是已知的。日本專利申請2008-105082號公報(JP-A-2008-105082)記載了一種用碳膜覆蓋模具的表面以使得模制后的產品可容易地從模具中取出的技術。在該技術中，用纖維狀的納米碳覆蓋模具的表面以改善表面的耐磨性、耐蝕性、熱傳導性、摩擦特性和機械強度。例如，當該技術被應用于鑄造模具時，可防止熔體附著在鑄造模具上，從而可延長鑄造模具的使用壽命。在JP-A-2008-105082公開的技術中，允許纖維狀的納米碳在模具的表面上生長以增強碳膜和模具表面之間的結合。纖維狀的納米碳的錨固效應防止碳膜與模具表面分離。

例如，對于鑄造模具來說，當碳膜與模具表面分離時，必須再次在模具表面上形成碳膜。為了減少模具的維護次數，必須增強碳膜和模具之間的結合。在JP-A-2008-105082記載的技術中，在碳膜和模具表面之間設置氮化物層和/或硫化層以增強碳膜和模具之間的結合。在JP-A-2008-105082記載的技術中，利用硫化物氣體如硫化氫(H₂S)或二硫化碳(CS₂)提供硫化層。由于這些硫化物氣體是有毒的，所以在使用這樣的硫化物氣體時必須提供具有充分的安全性措施的制造裝置。這樣，需要一種能增強碳膜和模具之間的結合而不使用硫化物氣體的技術。

發明內容

本發明提供了一種碳膜和金屬層之間的結合被增強的經表面處理的模具，和一種制造這種經表面處理的模具的方法。

本發明的第一方面涉及一種經表面處理的模具。所述經表面處理的模具具有模具、金屬層和碳膜。所述金屬層設置在所述模具的表面上，并且包含從鎳、鉻、鎢和黃銅中選出的至少一種金屬。所述碳膜設置在所述金屬層的表面上。所述金屬層包含碳。所述金屬層中的碳濃度在所述金屬層與所述碳膜的邊界和所述金屬層的中心之間比在所述金屬層與所述模具的邊界和所述金屬層的中心之間高。在所述經表面處理的模具中，碳膜牢固地結合在模具上。這是因為當在從碳膜和金屬層之間的邊界到金屬層的中心的范圍內包含大量的碳時，碳膜與金屬層中的碳彼此結合。此外，在所述經表面處理的模具中，可防止碳滲入到所述經表面處理的模具的表面中。

本發明的第二方面涉及一種制造經表面處理的模具的方法。所述制造方法包括金屬層的形成和碳膜的形成。在金屬層的形成中，在模具的表面上形成非晶態金屬層，所述非晶態金屬層包含從由鎳、鉻、鎢和黃銅構成的組中選出的至少一種金屬。在碳膜的形成中，在以410℃至510℃的溫度加熱所述金屬層的同時在所述金屬層上形成碳膜。

根據上述制造方法，在碳膜形成步驟中在碳滲入到金屬層中的同時碳膜在金屬層的表面上生長。在被加熱到410℃至510℃時，金屬層經歷從非晶態到晶態的轉變。由于金屬層通過結晶被硬化，所以碳膜和金屬層之間的結合得到改善。這樣，可不使用硫化物氣體地制造出具有更不易于與模具的表面分離的碳膜的經表面處理的模具。當允許碳膜在晶態金屬層的表面上生長時，碳難以滲入到金屬層中。這樣，碳膜和金屬層之間的結合不能被改善。在此處所公開的制造方法中，在金屬層從非晶態變為晶態的同時在金屬層的表面上形成碳膜。這樣，碳滲入到金屬層中并改善碳膜和金屬層之間的結合。因此，能通過比傳統的方法更安全的方法制造出碳膜和模具之間的結合得到改善的經表面處理的模具。

根據本發明，可不使用有毒原料氣體地制造出具有更不易于與模具分離的碳膜的經表面處理的模具。

附圖說明

從下面參照附圖對實施例的描述中將清楚看到本發明的上述和其它特征及優點，在附圖中相似的附圖標記用于表示相似的元件，并且其中：

圖1是示出經表面處理的模具的特征的剖視圖；

圖2示出碳膜形成步驟的處理曲線圖；

圖3示出示例1的經表面處理的模具的截面的SEM照片；

圖4是由圖3中的虛線IV包圍的區域的放大SEM照片；

圖5示出示例1的經表面處理的模具的EPMA分析的結果；

圖6示出示例1的經表面處理的模具的表面的SEM照片；

圖7示出示例2的經表面處理的模具的表面的SEM照片；

圖8示出示例2的經表面處理的模具的表面的SEM照片；以及

圖9示出每規定次數的試制便進行一次的對試樣1和試樣2的外觀觀察的結果。

具體實施方式