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Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.研磨材（けんまざい）は、相手を削り研ぎ磨くのに使う硬い粒ないし粉で、研削材ともいう。研磨研削作業には、古くから石榴石（ざくろ石）、 エメリーなど天然鉱物が使われてきたが、19世紀末にそれらよりも硬い人造研削材が工業生産され、現在は人造品が主流である。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.An abrasive is a material, often a mineral, that is used to shape or finish (see metal polishing and wood finishing) a workpiece through rubbing which leads to part of the workpiece being worn away. While finishing a material often means polishing it to gain a smooth, reflective surface it can also involve roughening as in satin, matte or beaded finishes.

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.Schleifmittel, auch Abrasive oder Abrasivstoffe genannt, (engl. abrasives) umfassen diejenigen Hartstoffkörner, die zur Erzielung des Werkstoffabtrages, meist gebunden in Schleifwerkzeugen (Schleifmittel auf Unterlage wie "Schleifpapier", Schleifgewebe und Schleiffiber sowie "Gewebescheiben", daneben keramisch gebundene Schleifkörper, Trenn- und Schruppscheiben, Bürsten mit Schleifborstenbesatz), genutzt werden. Man unterscheidet natürliche Kornwerkstoffe (Quarz, Korund, Schmirgel, Granat, Naturdiamant) und synthetische Kornwerkstoffe (Korunde, Siliziumkarbide, Chromoxide, kubisches Bornitrid, Diamanten).

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.材質に対しての切削抵抗の値を算出したいのですが正直、質問の仕方すら
わかっていないレベルです。
ネットを調べると所要動力の計算式は検索できたのですが切削抵抗との
関係があるのかすらわからない状態です。
そういう事で計算式、計算式に必要な項目等ぜひ教えてください。
わかりにくい質問でごめんなさい。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.制模工程师认为好的冷却设计是工具车间的报价表中本来就有的。工具车间通常不优先考虑模具冷却，其设计者也不一定对热传输问题非常在行。他们的长处是切割钢铁并以尽可能经济的方法生产模具。每一方都认为另一方负责而实际上哪一方都没有负责，这个工业链中的断层导致的是一种潜在的成本。部件冷却不足会增加循环时间、废料和尺寸问题。
而 且，对于尺寸相似的部件，每一个制造过程的冷却负载可以有很大的不同。比如，一个吹制部件只能在外表面冷却。该部件的内表面是一个空心腔体。因 此，内表面无冷却的可能性极小。对于吹制模来说，部件的冷却全部在该部件外壁方向。把一个喷射成型部件和一个厚度完全相同的吹制部件相比，冷却发生在该部 件的两侧。喷射成型部件会冷却的非常快，从而循环时间也更短。因此，对于每一工艺类型冷却部件所使用的技术必须很好地策划以保证竞争优势。
吹制模具制造还有一段使用“浸入加工”的历史。这种方法涉及使用有供水流通过的大开孔铸造模 具。 然而，这些系统把冷却水集中在部件的关键部位比如壁厚较大的部分或者尾部毛边。这种技术不能提供用于最大热量传送的水的湍流。切钢工具中一种钻制的水 路系统允许最佳的流量通过水路并且允许选择在最需要冷却的位置布置水路。建议在要求高性能冷却和明确温度控制的所有系统中使用钻制水路系统。
模具冷却的重点可以概括为下列5个类别：
1、模制塑料的热性能和模具的建造材料。
2、 从熔体准备到冷却循环时间的能量平衡。
3、 冷却剂流速对传热效率的影响。
4、模具温度调节器的选择。
5、 最佳模具冷却的设计惯例。
第一位的是理解与传热有关的部件——从热塑料部件到工具钢——的热性能，最后才是对冷却介质的理解。不同塑料制品的热含量以及不同类型模具材料（钢材、合金，等等）的传热率有很大的差别，这一点没有得到普遍认识。
塑料的热含量
在估计模具温度调节器大小以及设计塑料模具冷却系统时，塑料的热含量通常是一个不被考虑的参数。每一种塑料都要求有一个特定的能量（每磅）以塑化固体树脂颗粒。这样的例子包括：
同 样，为了形成一个稳定的部件，这个等量的热能必须被除掉。根本上讲，输出的能量必须与输入的能量相等。注意所有晶体材料的塑化要求的热能几乎是 非晶体树脂的一倍。这在熔体准备时通常没有问题，尽管给料螺杆结构会影响熔体的准备。但是，对于烯烃材料而言两倍的热量必须被除掉，而且就具有竞争性的非 晶体树脂而言通常还是在同一个循环时间内，它确实含有这一层意思。因此，这种工具对烯烃树脂就要求较多的模具冷却以使循环时间保持竞争性。这些树脂的结晶 度使这一点成为一个非常重要的问题，因为除热速度太慢会影响晶体增加并影响制成品的翘曲和尺寸的稳定性。
由于很多工业企业把ABS或者PC方面的工程师转到像PP类的树脂方面，这明显表示模具冷却变得比以往任何时候都重要了。
典型模具钢种的传导率
从上表中可以看出，典型模具材料的热传导率（K）有很大的差异。K是热量能够在材料中行进（传输）的速度。这个值越高，热量的传输就更加有效。这个单位仅仅表示每单位时间可测量的热的数量，其他的特性保持不变。
铜 是一种非常优秀的传热材料（是P20的10倍），铝也是。然而，两种材料都比较软，都不用于大批量的生产工具。钛是一种热传导率非常低的硬金 属。这种较差的热传导特征使得它能有效地用作热转动系统中的绝缘板。如果在某关键区域要求的热传输量很大，铍铜合金是最好的，它结合了优秀传热性能和硬度 两个特征。
水与热量传输
毫无疑问，模具冷却最重要的并且完全在我们控制之中的一点是冷却剂的流速。回忆一下热传导率图 表，水（静止的）传热效率不及P20钢的1/50。 因此，水在热传输问题上是一个限制因素。然而，流动着的水因为湍流有相当好的传热性能。湍流使得冷却剂能够混合并能把热量从冷却通道驱散。湍流可以从雷诺 数计算而得。这是一个以通道直径、冷却剂速度和冷却介质粘度为基础的没有单位的值。大于5,000表示湍流和优秀的传热性能。湍流越多，传热效率越好。
该 公式的研究表明，对于一个给定的现有工具，管子直径不能改变，冷却剂保持不变，因此，只有改变冷却剂流速来积极地影响雷诺数。速度是GMP。增 加GMP既能极大地改善从钢到冷却剂的热传输效率，也能改善模具温度调节器两端的温度差（△T）。使GPM最大化是最佳冷却的极好方法。
最终结果是湍流改善了热传输的所有方面。因此，既然湍流要求的冷却剂流速较高，GMP应该总是尽可能地大。
强烈建议重要工作上使用的所有模具温度调节器安装一个内置流量计。
温度调节器的选择
从模具上要消除的热量的多少因所加工树脂的不同而不同。此外，热量消除的速度也因模具建造材料的不同而有差异。因此，确定模具温度调节器必须考虑所有这些变量，否则可能造成选定的调节器偏小，从而导致循环次数过多。
输 入的热量永远等于输出的热量。如果冷却系统或者模具冷却结构不充分，能量还会找到一种释放途径。然而，这一般是借助于工具两边的模具温度调节 器，否则，部件会因过多的残留热量而脱模，或者必须延长循环时间以便有足够的时间消除热量。造成的困难是要在正常条件下使所有的能量释放出来。
冷却管线的布置
在 模腔中布置冷却管线和型芯钢时请考虑实际的部件结构。司空见惯的作法是，管线的布置在所有其他的设计问题之后，并且通常没有通过好的管线布置使 冷却达到最佳的这个选择余地。请在设计的早期阶段预先考虑这些问题。如果部件有较厚部分，那么请考虑把该管线布置得稍微靠近墙壁一点或者布置两个小直径管 线代替一根管线。深型芯的冷却一直是一个难题。随着部件的冷却，它将向型芯上收缩并脱离模腔。因此，80%的冷却来自型芯钢。然而型芯的表面与体积比最小 （与模腔比较而言），并且在这个狭窄的空间里获得充足的冷却水非常难。这可以解释为什么很多型芯运行时温度很高。
当简单通道的冷却变得困 难时，还有其他方法选择。像型芯这样难以冷却的部位可以用隔板、起泡器和热管来冷却。但是需要注意的是，每种选择有很多不 同的设计，很多设计只是代表工具车间在价格较低的竞标报价中提供的最低的成本标准条款。最好是规定设计结构而不是依赖于工具车间在冷却上的经验。很多工具 车间对优化模具冷却知之甚少，而多数模具制造商想当然地以为工具车间提供的模具能够完美地冷却。对几家知名工具公司最近的调查证实，模具冷却是他们最后考 虑的问题而且他们通常使用的仅仅是标准惯例。
隔板和起泡器在结构和目的上是非常相似的。两者都从局部的冷却通道中汲取冷却水并把它分配到 像型芯这样难以抵达的部位。在隔板中，水流入钻制通道 再流入型芯中心。通道被一个钢制隔板分成两半，这使水能从一侧流入并从另一侧返回。隔板没有抵达通道底端，从而允许水流通过。好的结构能保证半块隔板的横 截面积最小。这可以使局部流速达到最大从而形成湍流。
安装管道时，使用较多的是用并流而不是串流。串流从一端进入，在出来之前通过整个工具。这种设计导致的压降最大并且工具两端的△T很大——部件两端的温度不均匀，存在潜在的变形可能。并流能使△T最小，从而保证了工具两端温度均匀。采用并流工具两端的压降也很低。
切实可行的模具设计
GPM ——或者局部冷却剂壁流速度——是优化模具冷却最重要的因素，这一点是已经确认了的。那么，是什么阻碍着对GPM的优化？答案是压降。流道 中任何不必要的限制都能降低GPM。每一个软管接头、弯管、扭接软管、软管过长等等，都能构成压力损失的因素，因此，降低了GPM。限制物和压降太多会使 GPM接近于0。一旦流量达到如此地步，再也不会有湍流产生，热量传输会大幅度降低。要平衡输出、输入能量，回流冷却水温度要上升。由于部件两侧的温度变 量过大，这个增量会引起部件尺寸不稳定。
压降越大，模具温度调节器中要求的泵的功率也越大，这样才能使流速保持一致。相反，如果现存系统中的限制物可以被消除，那么泵能提供的GPM就更多（这是自由热传输）。这就好比一辆获得了更大里程的气动汽车。
理 解从模具温度调节器上可获得的GPM的一个最大误解是供货商只提供泵曲线。工具车间永远不会提供工具的系统曲线。比如，一台额定容量为 25psi的40GPM泵并不表示它能产生40GPM。该工具的压降不知道，所有的软管接点也不知道。这个很容易判断，实际上，所有的工具车间都应该在向 模具制造商发货时提供这个数据。泵是发动机而工具是车体。这两者之间必须相互匹配以便判断所得到的性能。大的重型车上配一个小的发动机将无法工作。同样 地，过小的温度调节器泵在多限制物的大工具中不会产生湍流。工具特性曲线必须与泵的曲线相匹配。
既然限制物影响GPM，如果某天工具和好的模具调节器连接，另一天与不同直径的软管连接，再一天与不同长度的软管连接，那么，GPM每天都要变化。湍流变化、热传输变化、冷却效率变化——最终会慢慢地影响部件质量。
而 且，既然限制物应该保持为最少以保证GPM为最大，那么，应该把这些最小量的限制物只布置在腔体和型芯里，这是一条很好的规则。这些部位是湍流 最大位置之所在，也是使用限制物最少的结果。在不需要热传输的部位比如联轴器、减压器等形成湍流是没有意义的而且这还会消耗泵的功率。
最佳的模具冷却设计建议
流速 (GPM) 的判定
最小 GPM = 3.5 x 管子内径 (以便获得好的雷诺数 #)。 还要考虑消除所有热负载需要的GPM。 必须能够从Thermolator上得到较大的值：
● 10根平行排列的1/2”管子
● 到公用集合管的长度相等
● 部件重量：3 磅； 循环时间：47 秒； 树脂： ABS,
● Thermolator△T 目标为 3°F
要求的最小GPM是多少？
每一条管线要求1.75GPM以便获得好的雷诺数。
因此：10 根 x 1.75 = 17.5 GPM.
必须判定的还有热负载：
● ABS = 150 BTU/lb. @ 3 lb. 的部件 每47秒
● 热负载 = 3 x 150 x 3,600/47 = 34,468 BTU/hr。
● 回想 thermolater 热负载 = M x Cp x (Tout - Tin)。
● 因此， 34,468 = M x 0.98 BTU/lb. - F x (3°F)。
● 求出 M (每小时的质量流量) 11,724.
● 转换成 GPM (x 1/500) = 23.5 GPM.
● 采用这两个GPM之和中最大的一个。
工具车间建议：
设计湍流的所有通道
● 3.5 x 管子直径 = 湍流
在热传输区域使用最少量的限制物。
已知部件热负载。
向模具制造商提供最小的GPM
● 保证工具的正确运行。
● 用于选择模具温度调节器。
在集合管两端使用低压降。
提供一条“工具特性”曲线。
小结
湍流是最重要的；
在腔体或型芯中使用最少量的通道开口；
使模具两端的△T最大为5°F；
以热负载或雷诺数为基础，采用最小的冷却剂流速；
预测热点——使用充分的冷却对策；
冷却时间由部件厚度和结构决定。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.一、理解基本角度
　　基本角度分别是：在正交平面内的前角、后角；在切削平面内的刃倾角；在基面内的主偏角、副偏角。教学时很多学生感到一时难以掌握。关键在于未能重视和领会坐标平面和测量平面的概念。而只是死记硬背角度定义，结果只是停留在表面上的记忆而已。
　　其实首先应明了刀具是放在一定的测量系内确定角度的。例如：正交平面测量系包括基面、切削平面、正交平面等。对于某一平面的理解，如基面定义是：过切削刃上选定点，垂直于假定主运动方向的平面。理解时必须把握两点：
　　１）基面是过切削刃上的选定点；
　　２）垂直于假定主运动方向。
　 　所谓假定主运动方向：即是假定装刀高度在工件的中心高上。这时主运动方向是垂直向下的。此时定义的基面是一个通过主刀刃上选定点的水平面。同理，切削平 面是一个通过主刀刃上选定点的且垂直于基面的一个铅垂面。而正交平面是同时垂直于基面和切削平面的一个剖面。三个辅助平面在空间是两两垂直。
　　必须清楚三个辅助平面在空间的方位以及相互位置关系。由此不难理解基本角度。比如，在正交平面内：前刀面与基面的夹角为前角；后刀面与切削平面的夹角为后角。所以学习基本角度的前提是理解辅助平面。
　　二、派生角度
　 　派生角度是：刀尖角、楔角。因为前角、后角和楔角之和等于90°。楔角数值随前角、后角的变化而变化；又因为主偏角、副偏角和刀尖角之和等于 180°。刀尖角数值随着主偏角、副偏角的变化而变化。这是角度数值之间的对应关系。但无论楔角还是刀尖角都是有其自身的意义和功用。决不是可有可无的。 比如：车削螺纹时，刀尖角的准确与否直接影响螺纹的牙形角；还有，刀尖角、楔角的大小对刀刃的强度有极大的影响。
　　三、转换角度
　　在不同的测量面内，都可以定义前角或后角。例如：在正交平面、法平面、切深平面、进给平面内都有其对应的前角和后角。
　　各个不同的测量面内定义的角度有其独立的意义和功用。这是因为各种刀具的加工特点不同，需要在不同的剖面内分析角度。比如：车削外圆时，一般在正交平面内分析车刀后角大小；而钻孔时，就需要在端剖面内分析麻花钻的后角大小。
　　各个测量 面内的同名角度在数值上又有一定的联系。必须让学生理解其中的异同点。比如：车刀的正交前角和法向前角的关系如下：
　　γo=γn × cosλs ； 当λs=0°时：γo=γn 此时法向前角就是正交前角 。
　　而λs≠０°时，γo≠γn 在齿轮和螺纹加工时，会影响工件的加工精度。
　　四 工作角度
　　刀具的标志角度是静态角度，是唯一确定的。而动态角度即工作角度却随不同的工作条件而变化。
　　比如：车削外圆时：
　　工作前角＝γ0＋μ
　　工作后角＝α0－μ
　　现在单从切削运动去分析μ值的变化。
　　因为实际车削时，存在进给运动（尤其在加工大螺距螺纹时）。这时应以合成切削运动定义基面和切削平面。成为工作基面和工作切削平面。工作基面的定义是：通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。

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Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. قزمہ طرزیات یا نینو ٹیکنالوجی کی مستقبلیات کا ایک شاندار شکلی اظہار؛ طبی مقاصد کے لیۓ استعمال کیا جانے والا ایک خلیاتی پیمانے کا روبالہ جو خون کے سرخ خلیات کے درمیان؛ سونپے گۓ افعال انجام دینے میں مصروف ہے۔ چند اھم الفاظ

قزمہ طرزیات قزمہ طرزیات

nano technology nanotechnology

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.Нанотехнологіями (рос. нанотехнологии, англ. nanotechnologies, нім. Nanotechnologien f pl) — в широкому значенні слова прийнято називати міждисциплінарну область фундаментальної і прикладної науки, в якій вивчаються закономірності фізичних і хімічних систем протяжністю порядку декількох нанометрів або часток нанометра (нанометр — це одна мільярдна частка метра або, що те ж саме, одна мільйонна частка міліметра (діаметр людського волоса складає приблизно 80 тис. нанометрів).

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.地球環境や新素材開発が話題になっている昨今、これからの表面改質熱処理技術はどのように進歩を遂げるのであろうか。
材 料自体の特性を向上させることも重要であるが、これらの材料開発は厳しいニーズに対して、表面改質技術を避けては通れないところまで来ていると思われる。 以下に、これからの表面改質技術の方向性について示し、それぞれの課題について対応しなければならない項目の一例を挙げた。
[従来プロセス]
→
→
→
→
[ニーズ]
→
→
→
→
[新プロセス]
固体・気体・液体で用い、温度-時間で制御したプロセス
・操業性(自動化・高精度な制御・大量生産)
・環境調和性
・表面改善およびコーティングの高品質・高機能化
・低価格(省エネルギー、後処理の省略など)
真空(減圧)雰囲気・プラズマエネルギを利用したプロセス
これからの表面改質技術の方向性は、高品質化、いわゆる高性能化と低コスト化がさらに厳しく要求され、しかも環境調和性について満足されなければならない。
このニーズにこたえるために、既存材料の高性能化・高機能化を図るため、種種の表面改質方の開発に拍車がかかってきた。
従来の表面改質法は固体・液体・気体などを利用した処理法が一般的であったが、自動化が容易に可能で、しかも精度のよい制御が出来る真空・プラズマエネルギを利用した表面改質熱処理法は、開発の進む表面改質法の中でも次世代に大きな飛躍が期待される。
本文ではこの表面改質処理技術の中でも、将来性が特に期待され、注目されている蒸着法、いわゆるPVD(物理的蒸着法)とCVD(化学的蒸着法)の原理・特性および工業的応用について述べる。
●各種蒸着法の原理・特徴
適用材料を生かしたPVD・CVD処理を行い、それぞれの目的とする効果を得るためには、種々ファクターを総合的に判断して表面改質の使用を決定することが大切である。
下図にはそれぞれに検討しなければならない項目について示した。
[ 応用対象名 ]
[ 処理法 ]
[ 要求特性 ]
・切削工具
・刃物
・金型
・機械部品
・機能部品
など
・CVD
熱CVD
プラズマCVD
・PVD
イオンプレーティング
スパッター
・耐摩耗性
・耐焼付性
・耐食性
・離型性
・耐熱性
など
[ 処理被膜 ]
[ 基盤材料 ]
[ 運用効果 ]
・膜種
(例えばTiC、TiN、
TiCN、TiAlN、CrN、
Al_2O_3など)
・厚膜化
・多層化
・複合的処理
など
・鋼
(例えばSKH、SKD、
SUS、SCMなど)
・超硬合金
・非鉄金属材料
(例えばAl合金、
Ti合金など)
・セラミック、サーメット
など
・耐久性寿命の向上
・生産性向上
・工程およびメンテ
ナンス時間の短縮
・高寸法精度の維持
・品質の向上
・設計変更
など
基材と表面機能の組み合わせは多種多様で、それぞれの蒸着法の特徴を十分に把握し、用途・目的などを考慮して適正な選択をしなければ満足する性能は得られない。
次表に、工具・金型および機械部品などを対象とした場合の各種蒸着法の比較を示し、さらに各種蒸着法に適用できる基材を示した。CVD、プラズマCVD、PVDにはそれぞれ損失がありその目的にあった使い分けが必要である。
[ 各種蒸着法の比較 ]
処理法
CVD
プラズマCVD
PVD
原理
成分元素を分子状にガス化し、化学反応によって被膜を形成させる
ガス状元素をプラズマにより分解・イオン化し被膜を形成させる
成分物質を蒸発・イオン化し、被膜を形成させる
被膜物質
TiN、TiC、TiCN、Al_2O_3、SiC(炭素ケイ素)などの単層、または複層多重
TiN、TiC、TiCN、ダイヤモンド、DLC(ダイヤモンド状炭素)、cBN(立方晶窒化ホウ素)
TiN、TiCN、CrN、TiAlN、ZrN、HfN
処理温度
700 ～ 1200[℃]
～ 600[℃]
200 ～ 600[℃]
成膜速度
1 ～ 3[μm/h]
1 ～ 10[μm/h]
1 ～ 10[μm/h]
膜厚
2 ～ 20[μm]
1 ～ 10[μm]
1 ～ 10[μm]
前処理
簡単
注意要
注意要
部分処理
(マスキング)
困難
可能
可能
密着性
◎
○
○または◎
膜密度
○
◎
◎
表面粗さ
△
○
○
つきまわり性
◎
○
△
寸法精度・変形
△
○または◎
◎
適用材の範囲
△
○
◎
[ 各種蒸着法に適応可能な基材 ]
処理法
適用材料
CVD
超硬合金(WC-Co)
鋼(SKH、SKD、SUS)
セラミック(SiC、Si_3N_4、Al_2O_3など)
カーボン
P-CVD
PVD
鋼の全ての材質
(SKH、SKD、SUS、プレハードン鋼、プラスチック金型用鋼、
SCM、SNCM、SUJ、SKS、SK、SCなど)
超硬合金(WC-Co)
サーメット
各 種鋼材の焼入れおよび焼戻し条件とCVD・PVDを行う処理温度範囲をみると、それぞれの鋼種の焼入れ・焼戻し条件によって、CVD・PVD処理温度を選 定する必要がある。この図よりPVDの処理温度は、その鋼種の焼戻し温度以下で処理することが大切で、コーティングの際基材の変態が伴わない方が望まし い。
■PVD処理
最も多く工業的に応用されている代表的なイオンプレーティング装置には、アークプラズマ方式とHCD方式がある。
アー クプラズマ方式の特徴は、金属を蒸着させる機構にある。蒸発させようとする金属を水冷し、その裏面に磁石を装着し、真空容器を正に、またターゲット材を負 に電圧を印加する。円筒状のターゲット材の表面でアーク放電をさせ金属を固体から気体状にし、イオン化させる方法で、比較的低温度の200～600℃ で処理可能である。また、コーティング表面粗度の改良開発に実績が認められるようになってきた。
一方、HCD方式の構造は、円筒状のコーティング処理室の中央下部に成膜用金属を溶かすためのるつぼが設置され、さらにるつぼの上方の上蓋にプラズマ電子銃が取り付けられている。
電 子銃から放出された電子は、処理室内の電位を持ったるつぼに飛び込み、成膜用金属を溶解・蒸発させ、さらに蒸発した金属蒸気とガス入口から導入された反応 ガスは、上から降り注ぐ電子との衝突で最外軌道の電子がはじき飛ばされ、プラスにイオン化する。ここで、るつぼと電子銃の間の空間は、ガス電子とイオンに 解離したプラズマ状態が生じる。
プラズマの近くにワークをマイナスに帯電した状態で配置する。その電位差によって高いエネルギーで金属イオンと反応ガスイオンがワーク表面に衝突・反応し堆積成膜する。
HCD法は通常400～600℃で処理するのが一般的で、コーティング膜のスムース性が極めて良好であるのが特徴である。
以下にPVD方式による使い分けについて示す。
方式
蒸着法
コーティング
膜種
処理
温度
(℃)
密
着
性
表面
粗度
多層
(複合)
膜
処理可能
寸法および
重量
被処理材料
アーク
プラズマ
アーク
放電
TiN、TiCN、CrN
ZrN、TiAlN
各種金属
200
～
600
◎
○
または
△
◎
◎
Max2500L
1000kg
超硬合金、SKH系、SKD系
SUS系、SC、SCM、SNCM
プレハードン鋼、Al合金
Ti合金、Cu系、サーメット
HCD
電子銃
TiN、TiCN、CrN
400
～
600
◎
◎
△
○または△
Max600L
100kg
超硬合金、SKH系、SKD61
SKD11(高温焼戻材)
SUS(オーステナイト系)
サーメット
方式の選定にあたっては、コーティング膜種・処理温度・被処理材料および処理可能寸法など総合的な判断が必要である。さらに、PVD法で工業的に可能なコーティング被膜の特性および用途を示す。
膜種
色調
硬度
(Hv)
摩擦係数
耐
食
性
耐
酸
化
性
耐
摩
耗
性
耐
焼
付
性
用途
TiN
金色
2000～2400
0.45
○
○
○
○
切削工具、金型、装飾品
ZrN
ホワイトゴールド
2000～2200
0.45
○
△
△
△
装飾品
CrN
銀白色
2000～2200
0.30
◎
○
○
◎
機械部品、金型
TiC
銀白色
3200～3800
0.10
△
△
◎
○
切削工具
TiCN
バイオレット～灰
3000～3500
0.15
△
△
◎
○
切削工具、金型
TiAlN
バイオレット～黒
2300～2500
0.45
○
◎
○
○
切削工具、金型、装飾品
Al_2O_3
透明～灰色
2200～2400
0.15
○
◎
○
○
絶縁膜、機能膜
DLC
灰色～黒色
3000～5000
0.10
○
○
○
◎
切削工具、機能膜、金型
それぞれの皮膜の特徴を知り、用途・目的によってコーティング膜の選定をしなければならない。表中のDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜は摩擦係数が極めて低く、用途の拡大が期待されている。
■CVD処理
母材の表面で化学反応を起こさせて、蒸着物質を合成・成膜させるのがCVDである。低温で気化した揮発性の金属化合物塩と、高温に加熱された母材との接触による反応が基礎となって、目的とする金属化合物を母材表面に析出させ、被覆面を得る。
次に熱CVDの代表的な化学反応例とCVD処理で蒸着可能な単層膜及び多層膜の代表的な例を示す。
[ CVD処理の代表的な化学反応例 ]
膜種
化学反応
TiC
TiCl_4(g) + CH_4(g)
H_2
→→→→
950～1050℃
TiC(s) + 4HCl(g)
TiN
TiCl_4(g) + 1/2N_4(g)
H_2
→→→→
850～1000℃
TiN(s) + 4HCl(g)
Al_2O_3
2AlCl_3(g) + 3CO_2(g)
H_2
→→→→
950～1050℃
Al_2O_3(s) + 3CO_2(g) + 6HCl(g)
[ CVD処理で蒸着可能な皮膜の代表的な例 ]
単層膜
TiC、TiN、TiCN、TiCNO
多層膜
TiC/TiN、TiC/Al_2O_3、TiC/TiCNO、TiC/TiCN/TiN
TiC/TiCNO/TiN、TiC/TiCN/Al_2O_3、TiC/Al_2O_3/TiN
最近の傾向として、切削工具はもとより金型においても単層膜から多層膜に移行しつつあり、種々の特性を兼ね備えたコーティング膜が注目されている。
特に金型へのCVDコーティングは、従来ではTiC単層が一般的であったが、耐熱やその他種々の特性に優れている。
TiC/TiCN/TiNの3層コーティングが主流を占めるようになってきた。
■複合処理
蒸着処理を含む複合処理は、種々の過酷な使用条件に耐えうることが次第に認められ関心が持たれるようになってきた。
この複合表面改質処理を目的別に分類すると、次の3種類に分けることが出来る。
1) 基材の機械的特性を向上させ、皮膜との相乗効果を担ったプロセス
2) 基材と皮膜の密着力を向上または安定化させたプロセス
3) 皮膜自体の物理的特性をさらに向上させたプロセス
これらの複合表面改質処理は、いろいろな金型や機械部品に対して、ユーザーの厳しいニーズに対応できる極めて有効な手段と思われる。
次表は目的別分類とプロセスの例である。
複合処理の分類
プロセス例
[1]基材の特性を向上させ、皮膜との
相乗効果をねらったプロセス
1) 窒化 + PVD
2) 浸炭窒化 + PVD
3) 浸炭 + PVD
[2]基材と皮膜との密着力を向上、
または安定化させたプロセス
1) イオン注入 + PVD : 例(N TiN、Ti TiN)
2) ショットピーニング + PVD
3) 化学研磨、または物理研磨 + PVD
[3]皮膜自体の物理的特性を
さらに向上させたプロセス
1) PVD + スパッタリング : 例(TiN MoS_2)
2) PVD + プラズマCVD : 例(TiN TiCN DLC)
3) CVD + PVD : 例(TiC-Al_2O_3 TiN)
4) 湿式メッキ + PVD : 例(Ni-P TiN)
5) CVD + ショットピーニング
今、注目され話題となっている切削工具・金型および部品などに潤滑剤を用いず、ドライで使用する場合に本処理法は効果を発揮する物と思われる。
●工業的応用
蒸着法の工業的応用については、主として耐摩耗性や耐焼付性を必要とする切削工具・金型および機械部品に適用され、それぞれの適用目的は異なるものの、結果的には省資源・省エネルギに寄与してきた。
以 上、PVDとCVDの材料を生かす処理方法と特性について述べた。今後、表面改質法によって種々の特性を向上させる要求は、ますます多様化するだろう。 オールマイティの処理プロセスはなく、その用途目的によって、適正な処理法の選択をしなくてはならない時代に入ったと言える。
処理法の選択を誤ったため、結果的には改善や開発が大幅に遅れ、その商品が競争に負けてしまったことをよく聞く。今こそ、これらの表面改質処理の将来動向を見極め、それぞれの仕様にあった材料-熱処理-表面改質法の選択が重要であると痛感する。