[发明专利]经表面处理的模具和制造经表面处理的模具的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种经表面处理的模具和一种制造经表面处理的模具的方法。更特别地，本发明涉及一种具有由碳膜覆盖的表面的模具。

背景技术

使用模具来大量生产具有相同形状和质量的产品的技术是已知的。日本专利申请2008-105082号公报(JP-A-2008-105082)记载了一种用碳膜覆盖模具的表面以使得模制后的产品可容易地从模具中取出的技术。在该技术中，用纤维状的纳米碳覆盖模具的表面以改善表面的耐磨性、耐蚀性、热传导性、摩擦特性和机械强度。例如，当该技术被应用于铸造模具时，可防止熔体附着在铸造模具上，从而可延长铸造模具的使用寿命。在JP-A-2008-105082公开的技术中，允许纤维状的纳米碳在模具的表面上生长以增强碳膜和模具表面之间的结合。纤维状的纳米碳的锚固效应防止碳膜与模具表面分离。

例如，对于铸造模具来说，当碳膜与模具表面分离时，必须再次在模具表面上形成碳膜。为了减少模具的维护次数，必须增强碳膜和模具之间的结合。在JP-A-2008-105082记载的技术中，在碳膜和模具表面之间设置氮化物层和/或硫化层以增强碳膜和模具之间的结合。在JP-A-2008-105082记载的技术中，利用硫化物气体如硫化氢(H₂S)或二硫化碳(CS₂)提供硫化层。由于这些硫化物气体是有毒的，所以在使用这样的硫化物气体时必须提供具有充分的安全性措施的制造装置。这样，需要一种能增强碳膜和模具之间的结合而不使用硫化物气体的技术。

发明内容

本发明提供了一种碳膜和金属层之间的结合被增强的经表面处理的模具，和一种制造这种经表面处理的模具的方法。

本发明的第一方面涉及一种经表面处理的模具。所述经表面处理的模具具有模具、金属层和碳膜。所述金属层设置在所述模具的表面上，并且包含从镍、铬、钨和黄铜中选出的至少一种金属。所述碳膜设置在所述金属层的表面上。所述金属层包含碳。所述金属层中的碳浓度在所述金属层与所述碳膜的边界和所述金属层的中心之间比在所述金属层与所述模具的边界和所述金属层的中心之间高。在所述经表面处理的模具中，碳膜牢固地结合在模具上。这是因为当在从碳膜和金属层之间的边界到金属层的中心的范围内包含大量的碳时，碳膜与金属层中的碳彼此结合。此外，在所述经表面处理的模具中，可防止碳渗入到所述经表面处理的模具的表面中。

本发明的第二方面涉及一种制造经表面处理的模具的方法。所述制造方法包括金属层的形成和碳膜的形成。在金属层的形成中，在模具的表面上形成非晶态金属层，所述非晶态金属层包含从由镍、铬、钨和黄铜构成的组中选出的至少一种金属。在碳膜的形成中，在以410℃至510℃的温度加热所述金属层的同时在所述金属层上形成碳膜。

根据上述制造方法，在碳膜形成步骤中在碳渗入到金属层中的同时碳膜在金属层的表面上生长。在被加热到410℃至510℃时，金属层经历从非晶态到晶态的转变。由于金属层通过结晶被硬化，所以碳膜和金属层之间的结合得到改善。这样，可不使用硫化物气体地制造出具有更不易于与模具的表面分离的碳膜的经表面处理的模具。当允许碳膜在晶态金属层的表面上生长时，碳难以渗入到金属层中。这样，碳膜和金属层之间的结合不能被改善。在此处所公开的制造方法中，在金属层从非晶态变为晶态的同时在金属层的表面上形成碳膜。这样，碳渗入到金属层中并改善碳膜和金属层之间的结合。因此，能通过比传统的方法更安全的方法制造出碳膜和模具之间的结合得到改善的经表面处理的模具。

根据本发明，可不使用有毒原料气体地制造出具有更不易于与模具分离的碳膜的经表面处理的模具。

附图说明

从下面参照附图对实施例的描述中将清楚看到本发明的上述和其它特征及优点，在附图中相似的附图标记用于表示相似的元件，并且其中：

图1是示出经表面处理的模具的特征的剖视图；

图2示出碳膜形成步骤的处理曲线图；

图3示出示例1的经表面处理的模具的截面的SEM照片；

图4是由图3中的虚线IV包围的区域的放大SEM照片；

图5示出示例1的经表面处理的模具的EPMA分析的结果；

图6示出示例1的经表面处理的模具的表面的SEM照片；

图7示出示例2的经表面处理的模具的表面的SEM照片；

图8示出示例2的经表面处理的模具的表面的SEM照片；以及

图9示出每规定次数的试制便进行一次的对试样1和试样2的外观观察的结果。

具体实施方式