JP2010024518A - 金型の製造方法及び金型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化タングステン粒子21を結合相22によって結合した基体10と、主に銅23からなる充填材料が炭化タングステン粒子21の間に充填され、炭化タングステン粒子21同士を結合してなる改質表層113とを有する金型。改質表層113は、基体10の表面の少なくとも一部に形成される。改質表層113の深さは、炭化タングステン粒子の平均粒径以上であることが好ましい。改質表層113の深さは、1〜10μmであることが好ましい。改質表層113における基体側と反対側の表層に配された炭化タングステン粒子21は、基体側と反対側の表面を、主に銅からなる表面層によって覆われてなることが好ましい。
【選択図】図1
Description
主に銅からなる充填材料が炭化タングステン粒子の間に充填され、該炭化タングステン粒子同士を結合してなる改質表層とを有し、
該改質表層は、上記基体の表面の少なくとも一部に形成されることを特徴とする金型にある(請求項1)。
本発明の金型は、炭化タングステン粒子を結合相によって結合した超硬合金からなる金型であって、その基体の少なくとも一部の表層部分に、上記改質表層を金型の表面に備えている。これにより、炭化タングステン粒子の脱落を防ぎ、耐摩耗性に優れた金型を得ることができる。
炭化タングステン粒子を結合相によって結合した超硬合金の表面の少なくとも一部を酸によってエッチングして上記結合相の一部を除去したエッチング表面を形成するエッチング工程と、
上記超硬合金が配された減圧雰囲気のチャンバー内において、銅をガス化するガス化工程と、
上記チャンバー内において、ガス化した銅を上記エッチング表面において液化させ、上記炭化タングステン粒子の粒界に含浸させる銅含浸工程とを有することを特徴とする金型の製造方法にある(請求項10)。
この場合には、上記改質表層が充分に形成される。これにより、炭化タングステン粒子同士を強固に固着させ効果的に耐摩耗性を向上させることができる。また、改質表層深さが上記炭化タングステン粒子の平均粒径未満の場合には、上記改質表層の厚みが不充分となり、充分な耐摩耗性を得ることが困難となるおそれかおる。
たとえば、炭化タングステン粒子の平均粒径が1μm程度であれば、上記結合相の除去深さ(改質表層厚さ)は、1μm以上であることが好ましい。また、上記除去深さ(改質表層厚さ)は10μm以下であることが好ましい。すなわち、炭化タングステン粒子の平均粒径が1μm程度である場合において、上記除去深さ(改質表層厚さ)が10μmを超えると、後述するエッチング工程後の取り扱いにおいて、超硬合金の表面から炭化タングステン粒子が脱落していくおそれがある。
この場合には、表面層が削れた後に炭化タングステン粒子が磨耗し始めるため、より金型の耐摩耗性を高めることができる。また、表面層自体も小さな面粗度を有しているため、金型の表面を摺動する粒子による摩擦がより小さくなり、集中的な摩耗を抑制することができる。
この場合には、上述した上記表面層による作用効果を充分に発揮し、金型の摩耗をより抑制することができる。
なお、この表面層の厚さは、材料との摺動側の炭化タングステン粒子の頂部から層の表面までの距離である。
また、上記表面層の厚さが0.1μm未満の場合には、上記表面層による効果を充分に発揮することが困難となるおそれがある。一方、上記表面層の厚さが10μmを超える場合には、金型の表面から10μmを超える深さまで炭化タングステン粒子が存在しない状態となるため、銅を主成分とする表面層が摩耗して金型の寸法変化を招くおそれがある。
この場合には、上記炭化タングステン粒子間に銅が浸透しやすく、上記改質表層を容易かつ確実に形成することができる。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。すなわち、上記高硬度含有材料を成型する金型においては、上述のごとく、従来の超硬合金を用いても摩耗を防ぐことが困難であった。そこで、かかる高硬度材料が摺動する表面に上記改質表層を形成することにより、効果的に耐摩耗性に優れた金型を得ることができる。
この場合には、炭化珪素粒子が炭化タングステン粒子よりも硬度が高いため、本発明の効果を充分に発揮することができる。
この場合には、仮に本発明を適用しないと、ハニカム体の成型を繰り返すことにより、金型のスリットが摩耗するおそれがあり、スリットの寸法変化を招くおそれがある。その結果、成型されるハニカム体の隔壁の厚みに寸法誤差を生じるおそれがある。そこで、本発明を適用することにより、耐摩耗性に優れた金型を得て、隔壁の寸法誤差の発生を効果的に抑制することができる。
この場合には、上記銅含浸工程において含浸させる銅の上記炭化タングステン粒子に対する濡れ性を確保し、銅(充填材料)による上記炭化タングステン粒子の総合力を充分に確保することができる。それゆえ、より確実に炭化タングステン粒子の脱落を防いで、金型の耐摩耗性を向上させることができる。
本発明の実施例にかかる金型の製造方法及びこれによって得られる金型につき、図1〜図11を用いて説明する。
本例の金型の製造方法は、炭化珪素を主成分とするセラミックからなる排ガス浄化フィルタを押し出し成型するための金型1(図5)を製造する方法であり、以下に示す加工工程、エッチング工程、ガス化工程、銅含浸工程を有する。
そして、銅含浸工程においては、ガス化した銅を上記エッチング表面112において液化させて上記炭化タングステン粒子21の粒界に含浸させる。
これにより、図1に示すごとく、スリット11の内側表面111に、炭化タングステン粒子21が充填材料としての銅23によって結合された改質表層113を形成する。
超硬合金2は、図2に示すごとく、炭化タングステン粒子21をコバルトからなる結合相22によって結合してなる。上記エッチング工程においては、この超硬合金2に設けたスリット11の内側表面111を含めた表面を、エッチングした。
エッチング液としては硝酸を用いた。強酸は、富士アセチレン工業(株)社のフジアセクリーン(同社の登録商標)FE-17を、純水との重量比が1:3となるように、純水にて希釈したものを用いた。フジアセクリーンFE-17の組成は、重量比において、HNO3:HF:H2O=53.8:8.0:38.2である。
このエッチング液に、超硬合金2を400秒間、超音波をかけながら浸漬することにより、酸洗いを行い、エッチング表面112を形成した。その後、純水洗浄、乾燥した。
この乾燥後、図9に示すごとく、SEM(走査型電子顕微鏡)にて、エッチング表面112の断面を観察したところ、結合相22の除去深さは、5〜7μmであった。
その後、純水洗浄、乾燥した。
電子線照射装置3は、チャンバー314内に、超硬合金2を載置するターンテーブル33と、その上方に配置された電子ビーム301の照射源30とを有する。また、チャンバー314には、チャンバー314内を真空引きするためのポンプ315が接続されている。
また、グリッド39を通過した電子ビーム301の束は、チャンバー314の下方に配置されたマグネットコイル323の磁界によって銅ターゲット316へ向かって収束される。なお、図7における符号310は、中空アノード36及び中空カソード37、グリッド39、ドリフトチューブ311に電圧を印加するための電源を示す。
まず、ターンテーブル33の上面に、グラファイトからなる受け板317を配置し、該受け板317の上面に銅ターゲット316を配置し、その上に、超硬合金2を配置する。銅ターゲット316としては、厚み0.05mmの銅箔を用いた。図8に示すごとく、銅ターゲット316は、超硬合金2における、スリット11及び供給穴12が形成された領域に対応する大きさで、その領域に対応するように配置されている。すなわち、供給穴12の形成領域の下方に銅ターゲット316を配置した。
また、超硬合金2の上方に、スペーサ318を介して、グラファイトからなる緩衝板319を配置した。
これにより、スリット11の内側表面111に、炭化タングステン粒子21が銅23によって結合された改質表層113が形成された。
上記金型の製造方法は、上記ガス化工程及び銅含浸工程を有し、銅をガス化して上記エッチング表面112に供給し、ガス化した銅をエッチング表面112において液化させて炭化タングステン粒子21の粒界に含浸させる。すなわち、ガス化した銅は、エッチング表面112に形成された炭化タングステン粒子21間の微細な粒界に入り込み、エッチング表面112において液化した銅は、毛管現象によってさらに炭化タングステン粒子21の微細な粒界に含浸していく。そして、この銅が固化することにより、超硬合金2の表面、すなわち少なくともスリット11の内側表面111に、図1に示すごとく、炭化タングステン粒子21が銅23によって結合された改質表層113を形成することができる。
また、図8に示すごとく、電子ビーム301の照射源33と超硬合金2との間に、緩衝板319を配置するため、電子ビーム301が超硬合金2に直接照射されることを防ぎ、超硬合金2への衝撃を緩和させることができる。これにより、超硬合金2に損傷を与えるおそれを防ぐことができる。
本例は、図12〜図14に示すごとく、本発明の効果を確認すべく、超硬合金2の摩擦・摩耗試験を行った例である。
まず、実施例1と同様の方法にて、超硬合金2の表面に改質表層113を形成した。このとき、超硬合金2は、実施例1に示すような金型1ではなく、図12に示すごとく、平坦な表面411を有する板状の試験体41とし、その表面411に改質表層113(図1)を形成した。この試料を試料1とする。
一方、比較のために、同材料からなる超硬合金の板状体(試験体41)を作製し、改質表層を形成しない、試料2を用意した。
上記の摩耗・摩擦試験器による試験方法を、図12に示すイメージ図を用いて説明する。同図に示すごとく、試験体41の表面411に、直径10mmの炭化珪素からなるインデンタ球42を、荷重100g(0.98N)にて押しつけながら(矢印F)、6mmの距離だけ直線的に摺動させる(矢印M)。このとき、インデンタ球42は回転することなく、常にその球面の同じ位置において試験体41に当接している。この摺動を1000往復行い、摩擦係数を測定した。
この結果から、試料1の摩耗強度が試料2の摩耗強度に対して充分に大きいことが分かり、本発明によれば、摩耗強度に優れた金型を得ることができることが分かる。
また、上述した実施例においては、銅を電子ビームによってガス化する例を示したが、ガス化する方法は電子ビームに限られず、抵抗加熱方式、高周波誘導方式、レーザー方式などを用いてもよい。
さらに、減圧雰囲気としては、10−3〜10−4Pa程度が望ましい。
10 基体
11 スリット
111 内側表面
112 エッチング表面
113 改質表層
12 供給穴
2 超硬合金
21 炭化タングステン粒子
22 結合相
23 銅
Claims (11)
- 炭化タングステン粒子を結合相によって結合した基体と、
主に銅からなる充填材料が炭化タングステン粒子の間に充填され、該炭化タングステン粒子同士を結合してなる改質表層とを有し、
該改質表層は、上記基体の表面の少なくとも一部に形成されることを特徴とする金型。 - 請求項1において、上記改質表層の深さは、上記炭化タングステン粒子の平均粒径以上であることを特徴とする金型。
- 請求項1又は2において、上記改質表層の深さは、1〜10μmであることを特徴とする金型。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、上記改質表層における上記基体側と反対側の表層に配された炭化タングステン粒子は、上記基体側と反対側の表面を、主に銅からなる表面層によって覆われてなることを特徴とする記載の金型。
- 請求項4において、上記表面層の厚さは、0.1〜10μmであることを特徴とする金型。
- 請求項1〜5のいずれか一項において、上記改質表層は、減圧雰囲気において、気化した銅を上記金型の表面に接触させ、炭化タングステン粒子間に浸透させることによって形成してなることを特徴とする金型。
- 請求項1〜6のいずれか一項において、炭化タングステン粒子よりも硬度が高い粒子を含む高硬度粒子含有材料を成型するための金型であって、少なくとも上記高硬度粒子含有材料が摺動する表面には、上記改質表層が形成されていることを特徴とする金型。
- 請求項7において、上記高硬度粒子含有材料は、炭化珪素粒子を含むペーストであることを特徴とする金型。
- 請求項1〜8のいずれか一項において、上記金型は隔壁によって隔てられた多数のセルを有するハニカム体を押し出し成型するための金型であり、通過した材料を上記隔壁に成型するためのスリットを有することを特徴とする金型。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の金型の製造方法であって、
炭化タングステン粒子を結合相によって結合した超硬合金の表面の少なくとも一部を酸によってエッチングして上記結合相の一部を除去したエッチング表面を形成するエッチング工程と、
上記超硬合金が配された減圧雰囲気のチャンバー内において、銅をガス化するガス化工程と、
上記チャンバー内において、ガス化した銅を上記エッチング表面において液化させ、上記炭化タングステン粒子の粒界に含浸させる銅含浸工程とを有することを特徴とする金型の製造方法。 - 請求項10において、上記エッチング工程の後であって上記銅含浸工程の前に、上記エッチング表面をアルカリ液によって処理することにより、上記炭化タングステン粒子に付着した酸化物を除去する工程を有することを特徴とする金型の製造方法。
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