JP2004068045A - Zinc-based alloy and manufacturing method therefor - Google Patents

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Masato Hasuike
蓮池 正人
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岡田 正
Michiharu Hasegawa
長谷川 道治
Tetsuaki Aoki
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小河 雅敬
Kazunori Sakamoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zinc-based alloy having a surface layer to which desired strength, hardness and heat resistance are reliably imparted, along with having superior workability. <P>SOLUTION: A die 10 has an alloy layer 14 harder than a base layer 12 provided on the surface of the base layer 12. The alloy layer 14 has an iron-based alloy layer 16 superior in a melting point, strength, hardness, and heat resistance provided on the surface side, and a diffusion layer 18 provided between the above iron-based alloy layer 16 and the base layer 12. The diffusion layer 18 has, for instance, a brass layer containing copper and zinc, and has a content ratio gradually changing in the above diffusion layer 18. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表層に母層より硬質な合金層が形成された亜鉛基合金およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、Zn−Al−Sn系合金等の亜鉛基合金は、低融点であるとともに、アルミニウムに比べて酸化の進行が遅く、さらに強度および硬度が低いという性質を有している。このため、亜鉛基合金を鋳造材料として使用し、試作用の金型の他、複雑形状の鍵や鍵シリンダ等が製造されている。
【0003】
ところが、亜鉛基合金の強度や硬度が低いため、金型や鍵等の鋳造品の耐用性が低く、不経済であるという問題が指摘されている。そこで、亜鉛基合金の表面を硬化処理するために、例えば、特許第2832224号公報に開示されている製造方法が知られている。
【0004】
この従来技術では、亜鉛基合金からなる金型の表面に直接無電解ニッケルめっきを施すに際し、前記金型を有機酸ニッケル塩等を含有する無電解ニッケルめっき液に浸漬している。これにより、ニッケル被覆を直接亜鉛基合金に施すため、皮膜剥離が生じることがなく、しかも緻密でクラックの発生がないため、耐摩耗性および耐食性が良好となる、としている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、亜鉛基合金の表面にめっき層を設けているだけであり、硬化層(めっき層)が表層のみに限られてしまう。これにより、亜鉛基合金の表層には、十分な強度および耐熱性を付与することができないという問題がある。
【0006】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、加工性に優れるとともに、表層部に所望の強度、硬度および耐熱性を確実に付与することが可能な亜鉛基合金およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る亜鉛基合金では、表層に母層より硬質な合金層が形成されるとともに、この合金層は、表面側に鉄基合金層が設けられるとともに、前記鉄基合金層と前記母層との間に、少なくとも銅またはマンガンの1種を含有し、母材金属に拡散した拡散層が設けられている。
【0008】
従って、表面側に鉄基合金層が設けられるため、実際に使用される表面の融点、強度、硬度および耐熱性が、母材金属である亜鉛または亜鉛合金よりも相当に高くなり、耐摩耗性、耐熱性および耐衝撃性等の物性の向上が確実に図られる。しかも、表層と母層との間には、中間層として拡散層が設けられており、この拡散層が、例えば、銅と亜鉛を含む真鍮により構成されている。このため、母材金属に比べて融点、強度、硬度および耐熱性が向上する。その際、拡散層における成分比率を徐々に変化させることにより、界面が存在することがなく、熱膨張差による剥離や応力集中を有効に阻止することができる。
【0009】
また、母材金属が、Zn−Al−Sn系合金であるため融点が低く、鋳造により成形が容易であるとともに、加工性に優れている。これにより、形状の複雑な鋳造用や樹脂成形用の金型材料として良好に使用される。
【0010】
さらに、鉄基合金層は、表面より内部に0.5mm〜1.5mmの範囲内に設けられるとともに、拡散層は、前記鉄基合金層より内部に0.5mm〜30mmの範囲内に設けられている。鉄基合金層が0.5mm未満では、物性向上の効果が得られない一方、1.5mmを超えると、加工性が低下してしまう。また、拡散層が0.5mm未満では、物性向上の効果が得られない一方、30mmを超えると、拡散に長時間が必要となり、製造工程の効率化を図ることができない。
【0011】
さらにまた、本発明に係る亜鉛基合金の製造方法では、亜鉛基合金の母材金属を所定の形状に加工した後、前記母材金属の少なくとも一部に、少なくとも銅またはマンガンの1種を含有する第1粉末と、鉄基合金の第2粉末とが、順次、塗布される。次いで、第1および第2の粉末が塗布された母材金属の部位が、不活性雰囲気下で加熱される。このため、表層に母層より高強度でかつ耐熱性に優れた亜鉛基合金が確実に得られ、金型等の種々の部品に良好に使用することが可能になる。
【0012】
上記の亜鉛基合金について、より詳細に説明すると、母材金属の主体が亜鉛(Zn)であるため、その表面および表面近傍を真鍮化することができる。真鍮は、銅(Cu)と亜鉛との合金であり、亜鉛に比べて2倍以上の融点、強度および硬度を有するとともに、耐食性も高い。
【0013】
さらに、銅は、鉄(Fe)、コバルト(Co)またはニッケル(Ni)粉末冶金のバインダである。このため、亜鉛基合金の最表層を鉄系金属あるいはその合金組成組織である鉄基合金層で構成することができ、さらに真鍮組織である拡散層を設けるとともに、その真鍮組織が内部に向かって徐々に減少して亜鉛合金(母材金属)となるように構成することが可能である。すなわち、亜鉛合金を強固かつ高耐熱性を有する肉厚な殻で覆うことができ、広汎な用途に使用され得る亜鉛基合金を提供することが可能になる。
【0014】
また、真鍮や鉄系合金は、亜鉛や亜鉛合金に比べて熱膨張が小さい。このため、めっき、化学的気相成長(CVD)法、物理的気相成長(PVD)法または陽極酸化等の皮膜処理では、数10μm〜100μm程度の膜厚となり、熱サイクル利用下では皮膜剥離やクラックが発生してしまう。
【0015】
これに対して、本発明では、鉄基合金層が、表面より内部に0.5mm〜1.5mmの範囲内に設けられるとともに、拡散層が、前記鉄基合金層より内部に0.5mm〜30mmの範囲内に設けられる。これにより、熱サイクル利用下において、異種材に作用する応力集中によって破損することがなく、繰り返しの使用に良好に耐え得ることができる。
【0016】
しかも、拡散層は、表層である鉄基合金層から母層に向かって連続的に変化しており、その変化層が0.5mm〜30mmとなっている。従って、熱の繰り返し作用による疲労が極めて過小になるとともに、熱伝導、密度および弾性率が連続的に変化して疲労限界も飛躍的に向上する。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係る亜鉛基合金で構成された金型10の断面概略説明図である。
【0018】
金型10は、母層12を設けるとともに、表層に前記母層12より硬質な合金層14が形成される。合金層14は、表面側に鉄基合金層16が設けられており、前記鉄基合金層16と母層12との間に拡散層18が設けられる。
【0019】
母層12を構成する母材金属は、亜鉛または亜鉛合金であり、具体的にはZn、Zn−Al、Zn−Sn、またはZn−Al−Sn系合金が使用される。鉄基合金層16は、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)またはコバルト(Co)が用いられており、表面より内部に向かって厚さH1が0.5mm〜1.5mmの範囲内に設定される。
【0020】
拡散層18は、少なくとも銅(Cu)またはマンガン(Mn)の1種を含有している。鉄基合金層16側には、Zn−Cu、Zn−Mn−Cu、Zn−Al−Cu、Zn−Al−Cu−Mn、Zn−Sn−Cu、Zn−Sn−Cu−Mn、Zn−Sn−Al−CuまたはZn−Sn−Al−Mn−Cuから選択された真鍮層が設けられる。この真鍮層の内部には、Zn−Mn、Zn−Sn−Mn、Zn−Al−MnまたはZn−Al−Sn−Mnから選択されたMn合金層が設けられる。拡散層18は、鉄基合金層16より内部に向かって厚さH2が0.5mm〜30mmの範囲内に設定される。
【0021】
このように構成される金型10を製造する方法について、図2に示すフローチャートおよび図3に示す工程図に沿って、以下に説明する。
【0022】
まず、図3に示すように、亜鉛製または亜鉛合金製の母材20が用意されており、この母材20に、加工機22による加工処理が施される(ステップS1)。このため、母材20には、キャビティに対応する加工面24が形成される。
【0023】
次いで、加工面24に、第1塗布材25aを介して第1粉末26が塗布される(ステップS2)。この第1粉末26は、銅またはマンガンの少なくとも1種、例えば、銅とマンガンとが4:6〜6:4の割合で混合されている。さらに、第1粉末26上には、第2塗布材25bを介して第2粉末28が塗布される(ステップS3)。この第2粉末28は、鉄系金属を基とする合金粉末である。
【0024】
第1および第2粉末26、28が塗布された母材20は、加熱装置30に配置される。この加熱装置30は、バーナやヒータ等の加熱源32を備えており、母材20が前記加熱装置30内で不活性雰囲気、例えば、窒素ガス(Nガス)雰囲気下で加熱処理される(ステップS4)。これにより、表層に母層12より硬質な合金層14が設けられた金型10が得られる。なお、この金型10には、表面磨き処理等の仕上げ処理が施されている(ステップS5)。
【0025】
この場合、本実施形態では、母層12の表面に合金層14が設けられるとともに、この合金層14は鉄基合金層16と拡散層18とを備えている。このため、金型10の表層には、鉄基合金層16が設けられており、実際に使用される表面の融点、強度、硬度および耐熱性は、亜鉛または亜鉛合金に比べて相当に高くなり、耐摩耗性、耐熱性および耐衝撃性等の物性の向上が確実に図られる。
【0026】
しかも、鉄基合金層16と母層12との間には、中間層として拡散層18が設けられており、この拡散層18は、例えば、銅と亜鉛を含む真鍮層により構成されている。従って、拡散層18は、母材金属である亜鉛または亜鉛合金に比べて、融点、強度、硬度および耐熱性が向上する。
【0027】
その際、拡散層18における成分比率を徐々に変化させることにより、界面が存在することがなく、熱膨張差による剥離や応力集中を有効に阻止することができる。これにより、金型10を長期間にわたって良好に使用することが可能になり、極めて経済的であるという効果が得られる。
【0028】
また、鉄基合金層16は、表面より内部に厚さH1が0.5mm〜1.5mmの範囲内に設けられるとともに、拡散層18は、前記鉄基合金層16より内部に厚さH2が0.5mm〜30mmの範囲内に設けられている。このため、母層12にめっき、CVD、PVDまたは陽極酸化等の皮膜処理を施す場合に比べ、特に、熱サイクル利用下で割れやクラック等が発生することを確実に阻止することができる。
【0029】
なお、鉄基合金層16の厚さH1が0.5mm未満では、物性向上の効果が得られない一方、この厚さH1が1.5mmを超えると、加工性が低下してしまう。また、拡散層18の厚さH2が0.5mm未満では、物性向上の効果が得られない一方、この厚さH2が30mmを超えると、拡散に長時間が必要となり、製造工程の効率化が図れない。
【0030】
【実施例】
亜鉛合金として簡易型や試験型に多用されているZn−Al−Sn系合金(ZAS材)製の母材20を用意した。この母材20の表面を加工してキャビティに対応する加工面24を形成するとともに、その加工面24の油膜を除去して清浄化を行った。
【0031】
加工面24には、酸化膜が存在しており、この酸化膜が除去された前記加工面24には、アクリル樹脂および硝酸セルロースを配した溶剤にCu−Mn粉末(組成比5:2)を1.5mmの厚さで塗布した。さらに、Cu−Mn−Fe−Al粉末(組成比20:15:64:1)をアクリル樹脂を含有する有機溶剤に分散させ、Cu−Mn粉末上に2mmの厚さで塗布した。
【0032】
次に、上記の塗布が行われた母材20の加工面24を、プロパンと酸素を用いたバーナで20分間加熱した。これにより、上記の塗布された金属が母材金属(Zn−Al−Sn系合金)中に拡散した。
【0033】
その後、母材20が加工されて300mm×300mm×80mmで、かつキャビティの最大深さが30mmの試験型が得られた。なお、塗布膜の厚さは、加熱後に0.9mm〜1.1mmに減少していた。
【0034】
この場合、バーナ加熱によって粉体の最外面は酸化していたが、酸化領域の厚さは0.2mm以下程度であり、それより内部の領域では、酸化層を除去したところ、金属光沢となった。
【0035】
また、母材20の加工面24からの内部の組織観察は、10%のNaOHを用いて45秒間のエッチング処理を施した後に行われた。その際、真鍮層である黄色層の厚さは7mm〜9mmであり、それ以後の合金拡散層は、表面から27mm程度まで変化していた。この変化は、結晶がデンドライドから立方晶や等軸晶等に変化しており、明瞭に視認された。
【0036】
一方、X線観察において、加工面24の表面は、金属光沢領域であって、Feが94%で、Cuが5%であった。この表面より内部に1mmの領域では、Cuが50%で、Znが50%であり、内部にさらに5mmの領域では、Cuが25%で、Mnが14%、Znが50%であった。
【0037】
表面より内部に10mmの領域では、Cuが8%で、Mnが10%で、Znが76%であり、内部に20mmの領域では、Cuが4%で、Mnが5%で、Znが82%であり、内部にさらに30mmの領域では、Zn−Al−Sn系合金の組成であった。
【0038】
そこで、粉末処理を施さない加工品(以下、比較型という)と、上記の試験型とを用いて耐熱および衝撃試験を行った。具体的には、200℃に熱した炉中にキャビティ部を配置して10分間保持した後、水温が20℃の水中に投下した。これを繰り返してクラックの発生を観察した。その結果、比較型では、18回のサイクルで型のキャビティコーナ部にクラックが発生し、28回目に損傷が明瞭に観察された。
【0039】
これに対して、実験型では、320回のサイクルでもコーナ部にクラックが観察されず、374回目に微小なクラックが発生した。これにより、試験型では、耐ヒートチェック性が比較型に比べて相当に向上するという効果が得られた。
【0040】
【発明の効果】
本発明に係る亜鉛基合金では、亜鉛または亜鉛合金の表層に鉄基合金層が設けられるため、実際に使用される表面の融点、強度、硬度および耐熱性が母材金属に比べて相当に高くなり、耐摩耗性、耐熱性および耐衝撃性等の物性の向上が確実に図られる。しかも、表層と母層との間には、中間層として拡散層が設けられており、この拡散層が、例えば、銅と亜鉛を含む真鍮により構成されている。このため、母材金属である亜鉛または亜鉛合金に比べて、融点、強度、硬度および耐熱性が有効に向上する。
【0041】
また、本発明に係る亜鉛基合金の製造方法では、亜鉛基合金の母材金属を所定の形状に加工した後、前記母材金属の少なくとも一部に、少なくとも銅またはマンガンの1種を含有する第1粉末と、鉄基合金の第2粉末とが、順次、塗布される。次いで、第1および第2粉末が塗布された母材金属の部位が、不活性雰囲気下で加熱されている。このため、表層に母層より高強度でかつ耐熱性に優れた亜鉛基合金が確実に得られ、金型等の種々の部品に良好に使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る亜鉛基合金で構成された金型の断面概略説明図である。
【図2】前記金型の製造方法を説明するフローチャートである。
【図3】前記金型を製造する工程図である。
【符号の説明】
10…金型           12…母層
14…合金層          16…鉄基合金層
18…拡散層          20…母材
22…加工機          24…加工面
26、28…粉末        30…加熱装置
32…加熱源
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a zinc-based alloy having a surface layer having an alloy layer harder than a base layer, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Normally, zinc-based alloys such as a Zn-Al-Sn-based alloy have a low melting point, a slower oxidation than aluminum, and a lower strength and hardness. For this reason, a zinc-based alloy is used as a casting material, and in addition to a trial mold, a key or key cylinder having a complicated shape is manufactured.
[0003]
However, it has been pointed out that since the strength and hardness of the zinc-based alloy are low, the durability of cast products such as dies and keys is low and uneconomical. Therefore, in order to harden the surface of a zinc-based alloy, for example, a manufacturing method disclosed in Japanese Patent No. 2832224 is known.
[0004]
In this prior art, when performing electroless nickel plating directly on the surface of a mold made of a zinc-based alloy, the mold is immersed in an electroless nickel plating solution containing an organic acid nickel salt or the like. It is stated that, since the nickel coating is applied directly to the zinc-based alloy, the coating does not peel off, and is dense and free from cracks, so that the wear resistance and corrosion resistance are improved.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, only the plating layer is provided on the surface of the zinc-based alloy, and the hardened layer (plating layer) is limited to only the surface layer. As a result, there is a problem that sufficient strength and heat resistance cannot be imparted to the surface layer of the zinc-based alloy.
[0006]
The present invention solves this kind of problem, and provides a zinc-based alloy that is excellent in workability and can reliably impart desired strength, hardness and heat resistance to a surface layer portion, and a method for producing the same. The purpose is to:
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the zinc-based alloy according to the present invention, an alloy layer harder than the base layer is formed on the surface layer, and the alloy layer has an iron-based alloy layer provided on the surface side, and the iron-based alloy layer and the base layer. And a diffusion layer containing at least one of copper and manganese and diffused into the base metal.
[0008]
Therefore, since the iron-based alloy layer is provided on the surface side, the melting point, strength, hardness and heat resistance of the surface actually used are considerably higher than that of the base metal zinc or zinc alloy, and the wear resistance is high. Thus, physical properties such as heat resistance and impact resistance can be reliably improved. Moreover, a diffusion layer is provided as an intermediate layer between the surface layer and the mother layer, and this diffusion layer is made of, for example, brass containing copper and zinc. Therefore, the melting point, strength, hardness and heat resistance are improved as compared with the base metal. At this time, by gradually changing the component ratio in the diffusion layer, there is no interface, and peeling and stress concentration due to a difference in thermal expansion can be effectively prevented.
[0009]
In addition, since the base metal is a Zn-Al-Sn-based alloy, it has a low melting point, is easily formed by casting, and has excellent workability. Thereby, it is favorably used as a mold material for casting or resin molding having a complicated shape.
[0010]
Further, the iron-based alloy layer is provided in a range of 0.5 mm to 1.5 mm inside from the surface, and the diffusion layer is provided in a range of 0.5 mm to 30 mm inside the iron-based alloy layer. ing. If the iron-based alloy layer is less than 0.5 mm, the effect of improving the physical properties cannot be obtained, while if it exceeds 1.5 mm, the workability is reduced. If the thickness of the diffusion layer is less than 0.5 mm, the effect of improving the physical properties cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 30 mm, a long time is required for diffusion, and the efficiency of the manufacturing process cannot be improved.
[0011]
Still further, in the method for producing a zinc-based alloy according to the present invention, after processing the base metal of the zinc-based alloy into a predetermined shape, at least a part of the base metal contains at least one of copper and manganese. The first powder to be applied and the second powder of the iron-based alloy are sequentially applied. Next, the portion of the base metal to which the first and second powders have been applied is heated under an inert atmosphere. Therefore, a zinc-based alloy having higher strength and higher heat resistance than the base layer can be reliably obtained as the surface layer, and can be favorably used for various parts such as a mold.
[0012]
The above zinc-based alloy will be described in more detail. Since the base metal is mainly zinc (Zn), the surface and the vicinity of the surface can be made of brass. Brass is an alloy of copper (Cu) and zinc, has a melting point, strength, and hardness that are at least twice that of zinc, and also has high corrosion resistance.
[0013]
Further, copper is a powder metallurgy binder for iron (Fe), cobalt (Co) or nickel (Ni). For this reason, the outermost layer of the zinc-based alloy can be composed of an iron-based metal or an iron-based alloy layer that is an alloy composition thereof, and a diffusion layer that is a brass structure is provided, and the brass structure is directed toward the inside. It is possible to configure so that it gradually decreases to become a zinc alloy (base metal). That is, it is possible to provide a zinc-based alloy that can cover a zinc alloy with a thick shell that is strong and has high heat resistance and that can be used for a wide variety of applications.
[0014]
In addition, brass and iron-based alloys have a smaller thermal expansion than zinc and zinc alloys. For this reason, in a film treatment such as plating, a chemical vapor deposition (CVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, or anodization, the film thickness becomes about several tens μm to 100 μm. And cracks occur.
[0015]
On the other hand, in the present invention, the iron-based alloy layer is provided in a range of 0.5 mm to 1.5 mm inside from the surface, and the diffusion layer is 0.5 mm to 1.5 mm inside from the iron-based alloy layer. It is provided within a range of 30 mm. Thereby, it does not break due to the concentration of stress acting on the dissimilar material under utilization of the heat cycle, and can withstand repeated use.
[0016]
Moreover, the diffusion layer continuously changes from the iron-based alloy layer, which is the surface layer, toward the mother layer, and the changed layer has a thickness of 0.5 mm to 30 mm. Therefore, the fatigue due to the repetitive action of heat becomes extremely small, and the heat conduction, density and elastic modulus change continuously, so that the fatigue limit is drastically improved.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a mold 10 made of a zinc-based alloy according to an embodiment of the present invention.
[0018]
The mold 10 has a base layer 12 and an alloy layer 14 that is harder than the base layer 12 formed on the surface. The alloy layer 14 is provided with an iron-based alloy layer 16 on the surface side, and a diffusion layer 18 is provided between the iron-based alloy layer 16 and the mother layer 12.
[0019]
The base metal forming the base layer 12 is zinc or a zinc alloy, and specifically, Zn, Zn—Al, Zn—Sn, or a Zn—Al—Sn-based alloy is used. The iron-based alloy layer 16 is made of iron (Fe), nickel (Ni), or cobalt (Co), and has a thickness H1 set from 0.5 mm to 1.5 mm from the surface toward the inside. You.
[0020]
The diffusion layer 18 contains at least one of copper (Cu) and manganese (Mn). On the iron-based alloy layer 16 side, Zn-Cu, Zn-Mn-Cu, Zn-Al-Cu, Zn-Al-Cu-Mn, Zn-Sn-Cu, Zn-Sn-Cu-Mn, Zn-Sn A brass layer selected from -Al-Cu or Zn-Sn-Al-Mn-Cu is provided. Inside the brass layer, a Mn alloy layer selected from Zn-Mn, Zn-Sn-Mn, Zn-Al-Mn, or Zn-Al-Sn-Mn is provided. The thickness H2 of the diffusion layer 18 is set within a range of 0.5 mm to 30 mm inward from the iron-based alloy layer 16.
[0021]
A method for manufacturing the thus configured mold 10 will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 2 and the process chart shown in FIG.
[0022]
First, as shown in FIG. 3, a base material 20 made of zinc or a zinc alloy is prepared, and the base material 20 is processed by a processing machine 22 (step S1). For this reason, the processing surface 24 corresponding to the cavity is formed on the base material 20.
[0023]
Next, the first powder 26 is applied to the processing surface 24 via the first application material 25a (Step S2). The first powder 26 includes at least one kind of copper or manganese, for example, copper and manganese mixed at a ratio of 4: 6 to 6: 4. Further, the second powder 28 is applied on the first powder 26 via the second application material 25b (Step S3). The second powder 28 is an alloy powder based on an iron-based metal.
[0024]
The base material 20 to which the first and second powders 26 and 28 have been applied is arranged in a heating device 30. The heating device 30 includes a heating source 32 such as a burner or a heater, and the base material 20 is heat-treated in the heating device 30 under an inert atmosphere, for example, a nitrogen gas (N 2 gas) atmosphere ( Step S4). As a result, the mold 10 in which the alloy layer 14 harder than the base layer 12 is provided on the surface layer is obtained. The mold 10 has been subjected to a finishing treatment such as a surface polishing treatment (step S5).
[0025]
In this case, in the present embodiment, the alloy layer 14 is provided on the surface of the base layer 12, and the alloy layer 14 includes the iron-based alloy layer 16 and the diffusion layer 18. For this reason, the iron-based alloy layer 16 is provided on the surface layer of the mold 10, and the melting point, strength, hardness and heat resistance of the surface actually used are considerably higher than that of zinc or a zinc alloy. Thus, physical properties such as wear resistance, heat resistance and impact resistance are reliably improved.
[0026]
Moreover, a diffusion layer 18 is provided as an intermediate layer between the iron-based alloy layer 16 and the mother layer 12, and the diffusion layer 18 is made of, for example, a brass layer containing copper and zinc. Therefore, the diffusion layer 18 has improved melting point, strength, hardness, and heat resistance as compared with zinc or zinc alloy as the base metal.
[0027]
At this time, by gradually changing the component ratio in the diffusion layer 18, there is no interface, and peeling and stress concentration due to a difference in thermal expansion can be effectively prevented. This makes it possible to use the mold 10 satisfactorily over a long period of time, and has an effect of being extremely economical.
[0028]
The iron-based alloy layer 16 has a thickness H1 within the range of 0.5 mm to 1.5 mm from the surface to the inside, and the diffusion layer 18 has a thickness H2 inside the iron-based alloy layer 16. It is provided in the range of 0.5 mm to 30 mm. For this reason, it is possible to reliably prevent the occurrence of cracks, cracks, and the like, particularly under the use of a heat cycle, as compared with the case where the base layer 12 is subjected to a coating treatment such as plating, CVD, PVD, or anodic oxidation.
[0029]
Note that if the thickness H1 of the iron-based alloy layer 16 is less than 0.5 mm, the effect of improving the physical properties cannot be obtained, while if the thickness H1 exceeds 1.5 mm, the workability is reduced. When the thickness H2 of the diffusion layer 18 is less than 0.5 mm, the effect of improving the physical properties cannot be obtained. On the other hand, when the thickness H2 exceeds 30 mm, a long time is required for diffusion, and the efficiency of the manufacturing process is increased. I can't.
[0030]
【Example】
As a zinc alloy, a base material 20 made of a Zn-Al-Sn-based alloy (ZAS material) that is frequently used in a simple type and a test type was prepared. The surface of the base material 20 was processed to form a processing surface 24 corresponding to the cavity, and an oil film on the processing surface 24 was removed for cleaning.
[0031]
An oxide film is present on the processed surface 24, and the processed surface 24 from which the oxide film has been removed is coated with a Cu-Mn powder (composition ratio 5: 2) in a solvent containing an acrylic resin and cellulose nitrate. It was applied in a thickness of 1.5 mm. Further, Cu-Mn-Fe-Al powder (composition ratio: 20: 15: 64: 1) was dispersed in an organic solvent containing an acrylic resin, and applied on the Cu-Mn powder in a thickness of 2 mm.
[0032]
Next, the processed surface 24 of the base material 20 on which the above-described application was performed was heated by a burner using propane and oxygen for 20 minutes. Thereby, the applied metal diffused into the base metal (Zn-Al-Sn-based alloy).
[0033]
Thereafter, the base material 20 was processed to obtain a test mold having a size of 300 mm × 300 mm × 80 mm and a maximum cavity depth of 30 mm. In addition, the thickness of the coating film was reduced to 0.9 mm to 1.1 mm after heating.
[0034]
In this case, the outermost surface of the powder was oxidized by the burner heating, but the thickness of the oxidized area was about 0.2 mm or less. Was.
[0035]
The internal structure of the base material 20 from the processed surface 24 was observed after performing an etching process for 45 seconds using 10% NaOH. At that time, the thickness of the yellow layer which was a brass layer was 7 mm to 9 mm, and the alloy diffusion layer thereafter changed from the surface to about 27 mm. In this change, the crystals changed from dendrites to cubic crystals, equiaxed crystals, and the like, and were clearly recognized.
[0036]
On the other hand, in the X-ray observation, the surface of the processed surface 24 was in a metallic luster region, where Fe was 94% and Cu was 5%. In a region 1 mm inward from the surface, Cu was 50% and Zn was 50%, and in a region further 5 mm inward, Cu was 25%, Mn was 14%, and Zn was 50%.
[0037]
In a region 10 mm inside from the surface, Cu is 8%, Mn is 10%, and Zn is 76%. In a region 20 mm inside, Cu is 4%, Mn is 5%, and Zn is 82%. %, And a further 30 mm region inside was a Zn-Al-Sn-based alloy composition.
[0038]
Therefore, heat resistance and impact tests were performed using a processed product not subjected to powder treatment (hereinafter, referred to as a comparative type) and the test type described above. Specifically, the cavity was placed in a furnace heated to 200 ° C., held for 10 minutes, and then dropped into water having a water temperature of 20 ° C. This was repeated to observe the occurrence of cracks. As a result, in the comparative mold, cracks occurred in the cavity corners of the mold in 18 cycles, and damage was clearly observed at the 28th cycle.
[0039]
On the other hand, in the experimental type, no crack was observed at the corner even after 320 cycles, and a minute crack occurred at the 374th cycle. As a result, the effect that the heat check resistance of the test type was considerably improved as compared with the comparative type was obtained.
[0040]
【The invention's effect】
In the zinc-based alloy according to the present invention, since the iron-based alloy layer is provided on the surface layer of zinc or zinc alloy, the melting point, strength, hardness and heat resistance of the surface actually used are considerably higher than that of the base metal. As a result, physical properties such as wear resistance, heat resistance and impact resistance are reliably improved. Moreover, a diffusion layer is provided as an intermediate layer between the surface layer and the mother layer, and this diffusion layer is made of, for example, brass containing copper and zinc. For this reason, melting | fusing point, strength, hardness, and heat resistance improve effectively compared with zinc or zinc alloy which is a base metal.
[0041]
In the method for producing a zinc-based alloy according to the present invention, after processing the base metal of the zinc-based alloy into a predetermined shape, at least a part of the base metal contains at least one of copper and manganese. The first powder and the second powder of the iron-based alloy are sequentially applied. Next, the portion of the base metal to which the first and second powders are applied is heated under an inert atmosphere. For this reason, a zinc-based alloy having higher strength and higher heat resistance than the base layer can be reliably obtained on the surface layer, and can be favorably used for various parts such as dies.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a mold made of a zinc-based alloy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the mold.
FIG. 3 is a process chart for manufacturing the mold.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Die 12 ... Base layer 14 ... Alloy layer 16 ... Iron-base alloy layer 18 ... Diffusion layer 20 ... Base material 22 ... Processing machine 24 ... Processing surfaces 26 and 28 ... Powder 30 ... Heating device 32 ... Heating source

Claims (4)

表層に母層より硬質な合金層が形成された亜鉛基合金であって、
前記合金層は、表面側に鉄基合金層が設けられるとともに、
前記鉄基合金層と前記母層との間に、少なくとも銅またはマンガンの1種を含有し母材金属に拡散した拡散層が設けられることを特徴とする亜鉛基合金。
A zinc-based alloy in which a harder alloy layer is formed on the surface than the base layer,
The alloy layer is provided with an iron-based alloy layer on the surface side,
A zinc-based alloy, wherein a diffusion layer containing at least one of copper and manganese and diffused into a base metal is provided between the iron-based alloy layer and the base layer.
請求項1記載の亜鉛基合金において、前記母材金属は、Zn−Al−Sn系合金であることを特徴とする亜鉛基合金。The zinc-based alloy according to claim 1, wherein the base metal is a Zn-Al-Sn-based alloy. 請求項1記載の亜鉛基合金において、前記鉄基合金層は、表面より内部に0.5mm〜1.5mmの範囲内に設けられるとともに、
前記拡散層は、前記鉄基合金層より内部に0.5mm〜30mmの範囲内に設けられることを特徴とする亜鉛基合金。
The zinc-based alloy according to claim 1, wherein the iron-based alloy layer is provided within a range of 0.5 mm to 1.5 mm inside from the surface,
The zinc-based alloy, wherein the diffusion layer is provided within a range of 0.5 mm to 30 mm inside the iron-based alloy layer.
表層に母層より硬質な合金層が形成された亜鉛基合金の製造方法であって、
前記亜鉛基合金の母材金属を所定の形状に加工する工程と、
前記母材金属の少なくとも一部に、少なくとも銅またはマンガンの1種を含有する第1粉末を塗布する工程と、
前記第1粉末が塗布された塗布層に、鉄基合金の第2粉末を塗布する工程と、
前記第1および第2粉末が塗布された前記母材金属の部位を、不活性雰囲気下で加熱する工程と、
を有することを特徴とする亜鉛基合金の製造方法。
A method for producing a zinc-based alloy in which a harder alloy layer is formed on a surface layer than a base layer,
Processing the base metal of the zinc-based alloy into a predetermined shape,
A step of applying a first powder containing at least one of copper and manganese to at least a part of the base metal;
Applying a second powder of an iron-based alloy to the coating layer to which the first powder has been applied;
Heating the portion of the base metal coated with the first and second powders under an inert atmosphere;
A method for producing a zinc-based alloy, comprising:
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