JP5742959B2 - 金型の防錆処理方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の被覆組成物は、金属の表面に塗布された後、所定の温度及び時間で加熱されることで防錆皮膜となり、当該金属に赤錆が発生することを防止する。
また、金型の成形面に形成された炭素膜等の皮膜を補修するために、金型を加熱炉に投入した場合には、前記防錆皮膜を成す物質が飛散し、金型の成形面における皮膜の形成に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、金型の成形面に形成された炭素膜等の皮膜を補修する際には、前記防錆皮膜を除去する必要がある点で不利である。
このように、従来における金型の防錆処理方法では、金型に防錆処理を施す際の時間及びコストが増加するという問題が生じていた。
以下では、図1〜図3を参照して、本発明に係る金型の防錆処理方法の第一実施形態である、金型1の防錆処理工程S1について説明する。
防錆処理工程S1は、金型1に対して、いわゆる赤錆(Fe2O3)の発生を防止する処理(防錆処理)を施す工程である。防錆処理工程S1においては、金型1の表面における所定部分に、いわゆる黒錆(Fe3O4)の皮膜を形成させることで、当該部分に赤錆が発生することを防止する。
金型1は、ダイカスト鋳造等に用いられる金型であり、所定の鋼材(例えば、SKD61)からなる。
冷却水路2は、金型1を冷却するための冷却水が流動する通路であり、金型1の内部に複数形成されている。冷却水路2は、金型1における成形面とは反対側の面(成形面とは異なる面)から金型1の内部に向けて形成され、金型1の内部において様々な方向に延出している。
ここで、本発明における「金型の表面」とは、金型の内部に形成された冷却水路の表面を含み、本実施形態における複数の冷却水路2・2・・・の表面全域は、「金型の表面における所定部分」の一実施形態である。
ここで、本発明における「黒錆促進剤」とは、水、及び還元性を有する物質を含有する液体である。
黒錆促進剤としては、特開2007−118035号公報に開示された離型剤を採用することが可能である。当該離型剤は、還元性を有する有機酸又は有機酸塩を含有する水溶性の離型剤である。
黒錆促進剤が金型1における冷却水路2・2・・・の表面全域に塗布されて、酸化雰囲気下(例えば、大気雰囲気下)で所定の時間が経過すると、黒錆促進剤に含まれる水分によって、冷却水路2・2・・・の表面全域に水酸化鉄が生成される。
なお、本発明における「水酸化鉄」は、水酸化鉄(II)(Fe(OH)2)、及び水酸化鉄(III)(Fe(OH)3)を含む。
ここで、本発明における「酸素欠乏雰囲気」とは、極めて少量の酸素が存在する雰囲気、及び酸素が全く存在しない雰囲気(非酸化雰囲気)を含み、例えば、酸素濃度が大気中にて5%以下、若しくは水中にて1ppm以下の雰囲気である。
また、炭素膜は、本発明における「金型の成形面を被覆する皮膜」の一実施形態であり、離型抵抗の低減、及び金型の成形面における溶損の防止等を実現するための皮膜である。
図3に示すように、処理炉10は、金型1を配置可能な密閉空間である処理室11が内部に形成されており、供給口12を介して、所定のガスを処理室11に供給可能、かつ、処理室11を所望の温度まで昇温可能に構成されている。
供給口12は、処理室11に所定のガスを供給するための通路であり、処理室11の上部(図3における上側)に配置されている。なお、処理室11に存在するガスは、処理室11における供給口12とは反対側(図3における下側)に位置する排出口(不図示)を介して、ポンプによって排出可能となっている。
本実施形態においては、金型1における成形面とは反対側の面(図3における下面)における冷却水路2・2・・・の開口部分を適宜の閉塞部材によって塞いだ後、防窒化剤等の薬剤を金型1における成形面以外の表面に塗布することによって、当該表面にマスキングが施される。
処理室11が所定の温度(例えば、500℃)に達した後は、当該温度を保持した状態で、金型1を所定の時間(例えば、3時間)加熱する。
金型1を加熱した後は、処理炉10から金型1を取り出し、金型1に施されたマスキングを除去する。
なお、処理室11を昇温させて、金型1を加熱する過程においては、金型1の成形面に炭素膜を形成させるために、アセチレン(C2H2)及びアンモニア(NH3)等の反応ガスを処理室11に適宜供給する。
酸素欠乏雰囲気にて、金型1が反応ガスと共に加熱されることで、金型1の成形面に炭素膜が形成される。
この時、黒錆促進剤に含まれる還元性を有する物質によって、水酸化鉄が還元されることで、黒錆の生成が促進される。
こうして、金型1における冷却水路2・2・・・の表面全域を覆うように黒錆の皮膜が形成される。
金型1における冷却水路2・2・・・の表面全域に生成された黒錆は、緻密な構造の皮膜であるため、鋳造時に冷却水路2・2・・・を流動する冷却水による金型1の腐食を防止する。つまり、金型1における冷却水路2・2・・・の表面全域を覆うように形成される黒錆によって、金型1における冷却水路2・2・・・の表面全域に防錆処理が施されるのである。
なお、黒錆は、酸素欠乏雰囲気では概ね250℃以上で生成されるため、処理炉10による金型1の加熱は250℃以上で行われる。
また、本実施形態においては、処理室11を昇温させる過程において、黒錆が生成され始める温度(約250℃)に達するまでに、処理室11が非酸化雰囲気となるように不活性ガスの供給を制御したが、処理室11を非酸化雰囲気とした後に処理室11を昇温させてもよい。しかしながら、黒錆は、酸素が若干存在する雰囲気下で生成され易いため、本実施形態の如く、黒錆が生成され始める温度(約250℃)に達するまでに、処理室11が非酸化雰囲気となるように、不活性ガスの供給を制御することが好ましい。
このように、防錆処理工程S1を行うことにより、金型1の成形面に炭素膜を形成する工程に加えて、金型1における冷却水路2・2・・・の表面全域に防錆処理を施す工程を別途行う必要がない。
したがって、金型1に防錆処理を施す際の時間及びコストを低減することができる。
そのため、供給口12から供給される不活性ガスが、処理室11における金型1の成形面とは反対側の空間(図3における金型1の下方の空間)よりも、処理室11における金型1の成形面側の空間に早く到達することとなる。つまり、不活性ガスが金型1の成形面側から供給され、処理室11における金型1の成形面側の空間は、処理室11における金型1の成形面とは反対側の空間よりも早く、不活性ガスが濃い雰囲気となる。
一方、黒錆は、前述のように、酸素が若干存在する雰囲気で生成され易いため、極めて少量の酸素が存在する雰囲気で生成することが好ましい。
なお、本実施形態においては、供給口12が処理室11の上部(図3における上側)に配置された処理炉10を用いたが、供給口12が他の位置に配置された処理炉10を用いることも可能である。
例えば、供給口12が処理室11の下部(図3における下側)に配置された処理炉10を用いた場合には、金型1の成形面が下方を向いた状態となるように、金型1を処理炉10の処理室11に配置すればよい。
詳細には、黒錆促進剤を冷却水に添加することで、当該冷却水が接触する冷却水路2・2・・・の表面全域を黒錆が生成する環境下におくことができ、鋳造時に黒錆を維持することが可能となる。
これにより、鋳造時に溶湯の熱等によって金型1が伸縮することに起因する黒錆の割れが生じた場合においても、黒錆の隙間から金型1の新生面に到達した冷却水によって金型1に赤錆が発生することなく、割れた黒錆を補修することができる。
したがって、金型1のメンテナンスの頻度を低減し、鋳造時のコストを削減することができる。
そのため、本発明は、金型を加熱する時間及び温度、並びに反応ガスを、皮膜の種類に応じて変更することで、様々な種類の皮膜を形成する場合に適用することができる。
以下では、図2を参照して、本発明に係る金型の防錆処理方法の第二実施形態である、金型1の防錆処理工程S2について説明する。
水酸化鉄生成工程S21においては、全ての冷却水路2・2・・・に冷却水を所定の時間流動させた後、金型1を酸化雰囲気下(例えば、大気雰囲気下)で所定の時間放置する。
こうして、冷却水路2・2・・・の表面全域に付着した冷却水によって、冷却水路2・2・・・の表面全域に水酸化鉄が生成される。
通水確認は、金型1を鋳造に使用するにあたって必ず行われる作業であるため、水酸化鉄生成工程S21として冷却水路2・2・・・の通水確認を行うことによって、金型1を用いた一連の作業に要する時間を短縮することができる。
表面処理工程S22においては、防錆処理工程S1の表面処理工程S12と同様に、処理炉10によって、冷却水路2・2・・・の表面全域に水酸化鉄が生成された金型1を加熱する。
表面処理工程S22は、表面処理工程S12と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
以下では、図2を参照して、本発明に係る金型の防錆処理方法の第三実施形態である、金型1の防錆処理工程S3について説明する。
ここで、本実施形態における金型1の表面全域は、「金型の表面における所定部分」の一実施形態である。
こうして、金型1の表面全域に付着した水によって、金型1の表面全域に水酸化鉄が生成される。
なお、金型1の表面全域に塗布する水に黒錆促進剤を添加すること、又は水に代えて黒錆促進剤を金型1の表面全域に塗布するも可能である。
表面処理工程S32においては、所定の加熱炉を用いて、金型1に応力除去のためのテンパー処理を施す。
金型1に対するテンパー処理は、酸素欠乏雰囲気にて、金型1を所定の温度(例えば、500℃)で所定の時間(例えば、4時間)加熱することで、金型1の残留応力を除去する作業である。
テンパー処理時に、金型1が酸素欠乏雰囲気で加熱されるため、金型1の表面全域に生成された水酸化鉄が黒錆となり、金型1の表面全域を覆うように黒錆の皮膜が形成される。
このように、表面処理工程S32においては、金型1にテンパー処理が施されると同時に、金型1の表面全域に黒錆が生成されるため、金型1を用いた一連の作業に要する時間を短縮することができる。
金型1の表面全域に形成された黒錆は、緻密な構造の皮膜であるため、金型1の成形面上の黒錆においては、炭素膜と同様に、離型抵抗の低減、及び金型の成形面における溶損の防止等を実現するための皮膜として機能する。一方、冷却水路2・2・・・の表面上の黒錆においては、冷却水による金型1の腐食を防止する。
このように、防錆処理工程S3を行うことによって、金型1の成形面に離型抵抗の低減等を実現するための皮膜を形成する工程に加えて、金型1における冷却水路2・2・・・の表面全域に防錆処理を施す工程を別途行う必要がない。
したがって、金型1に防錆処理を施す際の時間及びコストを低減することができる。
2 冷却水路
10 処理炉
11 処理室
12 供給口
Claims (6)
- 成形面を有する金型に防錆処理を施す、金型の防錆処理方法であって、
前記成形面とは異なる面から前記金型の内部に向けて形成され、冷却水が流動する少なくとも一つの冷却水路の表面全域に水酸化鉄を生成させる水酸化鉄生成工程と、
前記水酸化鉄生成工程にて水酸化鉄が生成された金型を、不活性ガスおよび前記成形面を被覆する皮膜を形成するための反応ガスを含む酸素欠乏雰囲気で加熱することで、前記成形面に前記皮膜を形成すると共に、前記冷却水路の表面全域に生成された水酸化鉄を黒錆へと変化させる表面処理工程と、を具備する、
ことを特徴とする、金型の防錆処理方法。 - 前記水酸化鉄生成工程において、
水、及び還元性を有する物質を含有する黒錆促進剤を、前記冷却水路の表面全域に塗布する、
ことを特徴とする請求項1に記載の金型の防錆処理方法。 - 前記水酸化鉄生成工程において、前記冷却水路の通水確認を行った後に、前記金型を酸化雰囲気で放置することによって、前記冷却水路の表面全域に前記水酸化鉄を生成させる、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の金型の防錆処理方法。 - 前記金型の成形面を被覆する皮膜は、炭素膜である、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の金型の防錆処理方法。 - 前記表面処理工程において、
前記不活性ガスを前記金型の成形面側から供給する、
ことを特徴とする請求項4に記載の金型の防錆処理方法。 - 成形面を有する金型に防錆処理を施す、金型の防錆処理方法であって、
金型の表面全域に水酸化鉄を生成させる水酸化鉄生成工程と、
前記水酸化鉄生成工程にて水酸化鉄が生成された金型を、酸素欠乏雰囲気で加熱することで、前記金型に生成された水酸化鉄を黒錆へと変化させる表面処理工程と、を具備する、
ことを特徴とする、金型の防錆処理方法。
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